UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIENCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE
ALIMENTOS
ELDER FELIPE SILVA RONCHETI
ESTUDO DO PROCESSO DE SECAGEM EM LEITO DE ESPUMA DE CENOURA,
TOMATE, BETERRABA E MORANGO
ALEGRE - ES
FEVEREIRO – 2014
ii
ELDER FELIPE SILVA ROCHETI
ESTUDO DO PROCESSO DE SECAGEM EM LEITO DE ESPUMA DE CENOURA,
TOMATE, BETERRABA E MORANGO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduaç ão em Ciência e Tecnologia de Alimentos do
Cent ro de Ciências Agrárias da Universidade Federal
do Espírito Santo, como parte das exigências para
obtenção do Título de Mestre em Ciência e
Tecnologia de Alimentos na Á rea de Concentração
Processamento de Produtos de Origem Vegetal.
Orientador: Prof. Dr. Mateus da Silva Junqueira
Co-orientador: Prof. Dr. Sérgio Henriques Saraiva
ALEGRE - ES
FEVEREIRO – 2014
iii
Dados Int ernacionais de Catalogação -na-publicaç ão (CIP )
(Biblioteca Setorial de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil)
R769e
Roncheti, Elder Felipe Silva, 1985Estudo do processo de secagem em leito de espuma de cenoura, tomate,
beterraba e morango / Elder Felipe Silva Roncheti – 2014.
66 f. : il.
Orientador: Mateus da Silva Junqueira.
Coorientador: Sérgio Henriques Saraiva.
Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) –
Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Agrárias.
1. Alimentos – conservação. 2. Secagem – temperatura. 3. Secagem em
leito de espuma. 4. Modelagem matemática. I. Junqueira, Mateus da Silva. II.
Saraiva, Sérgio Henriques. III. Universidade Federal do Espírito Santo.
Centro de Ciências Agrárias. IV. Título.
CDU: 664
iv
ELDER FELIPE SILVA RONCHETI
“ESTUDO DO PROCESSO DE SECAGEM EM LEITO DE ESPUMA DE
CENOURA, TOMATE, BETERRABA E MORANGO”
Dissertação apresentada à Universidade Federal
do Espírito Santo, como parte das exigências do
Programa de Pós-Graduação em Ciência e
Tecnologia de Alimentos, para obtenção do título
de Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos.
Aprovada em ..... de Fevereiro de 2014
COMISSÃO EXAMINADORA:
______________________________________
Prof. Dr. Mateus da Silva Junqueira
Universidade Federal de São João Del Rei- UFSJ
Orientador
______________________________________
Prof. Dr. Sérgio Henriques Saraiva
Universidade Federal do Espírito Santo - UFES
Examinador
______________________________________
Prof. Dr. Anderson do Nascimento Oliveira
Universidade Federal do Espírito Santo - UFES
Examinador
iv
À minha família, especialmente aos meus
pais, Carlos Augusto Silva Roncheti e Eliana
Mara da Silva Roncheti; aos meus irmãos:
Erika, Elaine, Estevão e Emanuel; e aos meus
avós Eliezer e Sebastiana. Dedico e ofereço.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por permanecer comigo e abençoar em todos os instantes
da minha vida.
A Universidade Federal do Espírito Santo e ao Programa de Pós Graduação
em Ciência e Tecnologia em Alimentos pela oportunidade de realizar este curso. A
CAPES pela bolsa.
Agradeço ao meu orientador Mateus da Silva Junqueira, e aos professores e
profissionais não apenas por suas orientações e conselhos, mas também, pela boa
convivência e pelo vínculo de respeito e consideração que se criou entre nós no
decorrer deste curso.
Aos colegas de graduação e de pós graduação, pelo convívio e amizade, em
especial a Kati, Álvaro Siqueira, a Guilherme Lorencini, Luciano Rusciolelli, Pedro
Carvalho, Ramon Capucho, André Campos, Henrique de Almeida Vaccari, Renato
Bertoldi Volkers pela convivência e amizade que levo para vida.
A ajuda indispensável pela para a realização deste trabalho, Lorenza, Bruna,
Hélia, Marcela e a todos que contribuíram de forma direta ou indireta.
Minha Gratidão.
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição nutricional de 100 gramas de raízes de cenoura crua ............6
Tabela 2 - Composição nutricional de 100 gramas de raízes de beterraba crua ..........8
Tabela 3 - Composição nutricional de 100 gramas de morango .................................. 10
Tabela 4 - Modelos matemáticos utilizados no ajuste das curvas de secagem ......... 21
Tabela 5 – Características físico-químicas do suco da cenoura................................... 24
Tabela 6 - Valores da densidade da espuma de cenoura em diferentes níveis de
concentração de emulsificante ........................................................................................... 25
Tabela 7 - Valores da estabilidade da espuma de cenoura em diferentes níveis de
concentração de emulsificante ........................................................................................... 26
Tabela 8 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de
cenoura em leito de espuma ............................................................................................... 28
Tabela 9 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de tomate
em leito de espuma .............................................................................................................. 29
Tabela 10 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de
beterraba em leito de espuma ............................................................................................ 30
Tabela 11 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de
morango em leito de espuma.............................................................................................. 31
Tabela 12 - Parâmetros dos modelos ajustados e os valores de R² e 𝜒² para as
temperaturas de secagem de cenoura em leito de espuma .......................................... 33
Tabela 13 - Parâmetros dos modelos com ajuste e os valores de R² e 𝜒² para as
temperaturas de secagem de tomate em leito de espuma ............................................ 34
Tabela 14 - Parâmetros dos modelos ajustados e os valores de R² e 𝑋² para as
temperaturas de secagem de beterraba em leito de espuma ....................................... 35
vii
Tabela 15 - Parâmetros dos modelos ajustados e os valores de R² e 𝑋² para as
temperaturas de secagem de morango em leito de espuma ........................................ 36
Tabela 16 - Valores da difusividade efetiva (𝐷𝑒𝑓) da secagem de cenoura em leito
de espuma em diferentes temperaturas de secagem..................................................... 40
Tabela 17 - Valores da difusividade efetiva 𝐷𝑒𝑓 da secagem de tomate em leito de
espuma em diferentes temperaturas de secagem .......................................................... 40
Tabela 18 - Valores da difusividade efetiva (𝐷𝑒𝑓) da secagem de beterraba em leito
de espuma em diferentes temperaturas de secagem..................................................... 40
Tabela 19 - Valores da difusividade efetiva (𝐷𝑒𝑓) da secagem de morango em leito
de espuma em diferentes temperaturas de secagem..................................................... 41
Tabela 20 - Características físico-químicas da cenoura desidratada .......................... 43
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Curvas típicas de secagem. Fonte: PARK et al., 2001. .............................. 14
Figura 2 - Fluxograma da produção de espuma. Fonte: O autor (2014). .................... 20
Figura 3 - Pontos experimentais da secagem de cenoura em leito de espuma. Fonte:
O autor (2014). ...................................................................................................................... 27
Figura 4 - Pontos experimentais da secagem de tomate em leito de espuma. Fonte:
O autor (2014). ...................................................................................................................... 27
Figura 5 - Pontos experimentais da secagem de beterraba em leito de espuma.
Fonte: O autor (2014). .......................................................................................................... 27
Figura 6 - Pontos experimentais da secagem de morango em leito de espuma ao
longo do tempo. Fonte: O autor (2014). ............................................................................ 27
Figura 7 - Razão de umidade experimental da secagem em leito de espuma de
cenoura em função do tempo sob diferentes condições de temperatura, com ajuste
do modelo de Page. Fonte: O autor (2014). ..................................................................... 32
Figura 8 - Razão de umidade experimental da secagem em leito de espuma de
tomate em função do tempo sob diferentes condições de temperaturas, ajustados ao
modelo de Page. Fonte: O autor (2014). .......................................................................... 32
Figura 9 - Razão de umidade experimental da secagem em leito de espuma de
beterraba em função do tempo sob diferentes condições de temperaturas, ajustados
ao modelo de Page. Fonte: O autor (2014). ..................................................................... 32
Figura 10 - Razão de umidade da secagem em leito de espuma de morango em
função do tempo para diferentes temperaturas do ar de secagem, ajustadas pelo
modelo de Page. Fonte: O autor (2014). .......................................................................... 32
Figura 11 - Dados experimentais do parâmetro k da secagem de cenoura em leito de
espuma em função da temperatura ajustados pelo modelo de Arrhenius. Fonte: O
autor (2014). .......................................................................................................................... 37
ix
Figura 12 - Dados experimentais do parâmetro k da secagem de tomate em leito de
espuma em função da temperatura ajustados pelo modelo de Arrhenius. Fonte: O
autor (2014). .......................................................................................................................... 37
Figura 13 - Dados experimentais do parâmetro k da secagem de beterraba em leito
de espuma função da temperatura ajustados pelo modelo de Arrhenius. Fonte: O
autor (2014). .......................................................................................................................... 38
Figura 14 - Dados experimentais do parâmetro k da secagem de morango em leito
de espuma em função da temperatura ajustados pelo modelo de Arrhenius. Fonte: O
autor (2014). .......................................................................................................................... 38
Figura 15 - Comparação entre os valores de razão de umidade experimental da
secagem de cenoura em leito de espuma e os valores de razão de umidade
estimado pelo modelo de Page generalizado. Fonte: O autor (2014). ........................ 39
Figura 16 - Comparação entre os valores de razão de umidade experimental da
secagem de tomate em leito de espuma e os valores de razão de umidade estimado
pelo modelo de Page generalizado. Fonte: O autor (2014)........................................... 39
Figura 17 - Comparação entre os valores de razão de umidade experimental da
secagem de beterraba em leito de espuma e os valores de razão de umidade
estimado pelo modelo de Page generalizado. Fonte: O autor (2014). ........................ 39
Figura 18 - Comparação entre os valores de razão de umidade experimental
secagem de morango em leito de espuma e os valores de razão de umidade
estimado pelo modelo de Page generalizado. Fonte: O autor (2014). ........................ 39
Figura 19 - Valores do coeficiente de difusão da secagem de cenoura em leito de
espuma em função da temperatura. Fonte: O autor (2014). ......................................... 42
Figura 20 - Valores do coeficiente de difusão da secagem de tomate em leito de
espuma em função da temperatura. Fonte: O autor (2014). ......................................... 42
Figura 21 - Valores do coeficiente de difusão da secagem de beterraba em leito de
espuma em função da temperatura. Fonte: O autor (2014). ......................................... 42
x
Figura 22 - Valores do coeficiente de difusão da secagem de morango em leito de
espuma em função da temperatura. Fonte: O autor (2014). ......................................... 42
xi
RESUMO
Em geral, produtos agrícolas são produzidos em larga escala e essa produtividade
cresce proporcionalmente ao seu consumo. Entretanto, outro fator também cresce
de forma proporcional, as perdas pós-colheita, o que sugere a utilização de
tecnologias para aumentar a utilização desses produtos mitigando o desperdício e
aumentando sua a vida de prateleira. Além disso, oferecer o produto durante o
período de entressafra. No presente trabalho, foi utilizado à tecnologia de secagem
em leito de espuma aplicada a cenoura, beterraba, tomate e morango, produtos
amplamente produzidos e consumidos no Brasil. Neste trabalho, os quatros produtos
foram submetidos à secagem em leito de espuma em secador com ar circulado em
temperaturas controladas de 40, 50, 60, 70 e 80 °C. A descrição da cinética de
secagem foi realizada pelo ajuste de modelos matemáticos para cada temperatura
do ar de secagem. Além disso, foi proposto um modelo matemático generalizado
ajustado por regressão não linear. O modelo de Page obteve o melhor ajuste sobre
os dados de secagem em todos os produtos testados, com um coeficiente de
determinação (R²) superior a 98% em todas as temperaturas avaliadas. Além disso,
foi possível modelar a influência da temperatura do ar sobre o parâmetro k do
modelo de Page através da utilização de um modelo exponencial. O coeficiente de
difusão efetiva aumentou com a elevação da temperatura, apresentando valores
entre 10-8e 10-7 m².s-¹ para as temperaturas de processo. A relação entre o
coeficiente de difusão efetiva e a temperatura de secagem pôde ser descrita pela
equação de Arrhenius.
Palavras-chave: Conservação, Secagem, Secagem em leito de espuma e
Modelagem matemática
xii
ABSTRACT
In general, agriculture products are produced on a large scale and this
productivity grows in proportion to its consumption. Therefore, another factor that
also increases proportionally is the post-harvest losses, which suggests the use of
technologies to increase the use of these products, mitigating waste and increasing
its shelf life. Also, the product should be offered during off-season. In the present
study, a drying technology in a foam beddryer was used toapply on carrots, beets,
tomato and strawberry, which are products widely produced and consumed in Brazil.
In this study, the four products were submitted to a foam mat dryer with air circulation
under controlled temperature of 40, 50, 60, 70 and 80 ºC. The description of drying
kinetics was held according to mathematical models for each temperature of drying
air. Furthermore, it was proposed a generalized mathematical model adjusted by
nonlinear regression. The model by Page, obtained a better adjustment on the drying
data in all of the products tested, with a coefficient of determination (R²) greater than
98% in all of the tested temperature. In addition, it was possible to model the
influence of air temperature on the parameter k of the Page model by using an
exponential model. The coefficient of effective diffusion increase with the growth of
the temperature, presenting values between 10 -8e 10-7 m².s-¹ for the process
temperatures. The relationship between the coefficient of effective diffusion and the
drying temperature may be described by Arrhenius equation.
Keywords: Conservation, Drying, Foam-mat drying and Mathematical modeling
xiii
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .....................................................................................................................1
2. REVISÃO DE LITERATURA .............................................................................................5
2.1 MATÉRIAS PRIMAS .....................................................................................................5
2.1.1 Cenoura ...................................................................................................................5
2.1.2 Tomate .....................................................................................................................6
2.1.3 Beterraba .................................................................................................................7
2.1.4 Morango...................................................................................................................9
2.2 SECAGEM................................................................................................................... 10
2.2.1 Mecanismo de secagem .................................................................................... 12
2.2.2 Curva de secagem .............................................................................................. 12
2.3 SECAGEM EM LEITO DE ESPUMA ...................................................................... 15
2.3.1 Espuma................................................................................................................. 16
3. MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................ 19
3.1 PREPARO DOS SUCOS E DAS POLPAS ........................................................ 19
3.2 PRODUÇÃO DA ESPUMA ....................................................................................... 19
3.3 CARACTERIZAÇÃO DA ESPUMA ......................................................................... 20
3.4 SECAGEM................................................................................................................... 20
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................................... 24
5. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 44
6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 46
1
1. INTRODUÇÃO
Na sociedade, atual a preocupação dos consumidores em adquirir alimentos
considerados mais saudáveis faz com que a demanda por frutas e hortaliças cresça.
Entretanto, a vida acelerada e a falta de tempo para a elaboração dos produtos in
natura faz com que a procura pelos produtos processados aumente de forma
proporcional. (MAIA et al., 2009).
A cenoura (Daucus carota) é uma das hortaliças mais consumidas no mundo.
Um dos fatores que chamam a atenção é seu alto teor de β-Caroteno. Além deste
precursor de vitamina A, possui alto teor de água e de açúcares totais (MIHOUBI et
al., 2009).
A cenoura apresenta uma elevada produtividade em relação às outras
hortaliças, e um grande consumo dentro do Brasil. Em 2001 o Brasil produziu cerca
de 800 mil toneladas de cenoura . Sua alta produção e sua composição centesimal
com um alto de teor de água a deixa suscetível ao crescimento microbiológico
(LUCIANO, 2010).
O tomate (Lycopersicon esculentum M.), que possui origem na América do
Sul, é cultivado em grande parte do planeta. O Brasil ocupa a nona posição do
ranking mundial de produtores de tomate, que é liderado pela China, Estados Unidos
e Turquia. Sua produção duplicou nos últimos 20 anos, fato que se deve ao
crescente consumo desse tipo de produto, tanto processado como fresco
(CARVALHO e PAGLIUCA, 2007).
O tomate é uma das hortaliças mais importantes no Brasil, tanto pelo ponto de
vista econômico e social, associado à geração de empregos e ao volume produzido
(MAGALHÃES et al., 2009). Além disso, o tomate é rico em licopeno e possui altos
teores vitaminas A e C. Cerca de 80% do licopeno ingerido pelo homem é originário
do tomate e de seus derivados. O consumo de licopeno vem sendo associado à
redução no risco de câncer de próstata e doenças cardiovasculares (DAMODARAN
et al., 2010).
Pertencente à família Chenopodiaceae, a beterraba (Beta vulgarius L.) é uma
hortaliça que apresenta alto crescimento de consumo no mercado brasileiro
(FERREIRA et al., 2010). Sua parte comestível é a raiz tuberosa, que apresenta
2
coloração vermelho-arroxeada graças à presença dos pigmentos betalaínas (VITTI
et al., 2003).
A beterraba se destaca devido às suas qualidades nutricionais, como o teor
de açúcar, vitaminas do complexo B, potássio, ferro, sódio, cobre e zinco (ALVES et
al., 2008).
Quando em condição natural, a beterraba se conserva por até uma
semana, em local fresco e sombreado (BARBOSA, 2011).
O morango (Fragaria sp.) é um fruto valorizado e apreciado pelos
consumidores não só por suas características sensoriais únicas, mas também pelo
seu elevado teor nutricional, principalmente por conter compostos bioativos,
polifenóis, vitaminas e minerais. Dentre as substâncias encontradas no fruto, os
flavonoides, sobretudo as antocianinas, possuem potencial para regular o
metabolismo humano, prevenindo tumores e outras doenças (VENENCIO, 2010).
A vida útil do morango fresco é de aproximadamente 5 dias, se mantido a
baixas temperaturas (0 a 4ºC). A contaminação fúngica exerce papel determinante
na vida útil dos pequenos frutos. Além disso, a alta taxa respiratória e a fragilidade
também são fatores limitantes (CAMPO, 2012).
A comercialização dos frutos in natura tem como fator limitante a rápida perda
de qualidade pós-colheita, além disso, existe um problema comum entre os
alimentos que é a sua sazonalidade (RODRIGUES, 2003).
A secagem surge como uma alternativa de conservação, tecnologia bastante
utilizada, pois diminui o teor de água no alimento elevando sua estabilidade. A
secagem é empregada visando diversas finalidades, como produção de novos
produtos, redução de massa e volume, mas o objetivo principal é voltado para
aumentar a conservação do alimento . Associado a isto, a perda de massa que
ocorre quando um alimento é seco diminui consideravelmente os custos de
transporte e manuseio (AREVÁLO-PINEDO e MURR, 2005).
O mecanismo de secagem consiste nos processos de transferência
simultânea de calor e massa com mudança de fase, em que o ar aquecido transfere
energia na forma de calor ao alimento suficiente até atingir o calor latente de
vaporização da água. Os fatores que governam esse mecanismo de transferência
determinam a taxa de secagem. Os principais fatores são as condições
psicrométricas, a velocidade do ar de secagem, o tempo de residência e a condição
3
do produto e suas características como pressão de vapor, área superficial, e o
mecanismo de difusão da água em seu interior (BOEIRA, 2007).
A secagem é dividida em três fases. A primeira fase inicia-se quando o
alimento ainda se encontra em temperatura menor do que a de equilíbrio com o ar
de secagem, ou seja, uma etapa de aquecimento do alimento até que sua
temperatura seja igual à temperatura de bulbo úmido do ar. Na segunda fase a
superfície do alimento se encontra úmida e o mecanismo de secagem é a
convecção. Nessa etapa, a massa do produto reduz rapidamente, e a taxa de
secagem permanece constante. A terceira fase se caracteriza com a superfície do
alimento já seca, assim formando um gradiente de concentração em que o
deslocamento da água no interior do alimento dependerá das características do
mesmo. Nessa etapa a massa reduz lentamente e a taxa de secagem se torna
decrescente ao longo do tempo (SAMPAIO e QUEIROZ, 2006).
Além disso, existem vários métodos para a redução do teor de água no
alimento como liofilização, atomização, secagem convencional e secagem em leito
de espuma, entre outros. Os diferentes métodos podem apresentar várias
diferenças, como tempo de secagem, qualidade do produto final, gasto energético e
produto final com características distintas, além de utilizar equipamentos diversos.
A secagem em leito de espuma visa obter um produto de melhor qualidade
nutricional, com um baixo tempo operacional, quando comparado a outros tipos de
secagem. Para isso o alimento é convertido em uma espuma estável por meio da
adição de agentes espumantes e incorporação de ar, nitrogênio ou outros gases, em
batedeiras ou outros equipamentos geradores de espuma. A incorporação de ar ao
suco aumenta a capilaridade do alimento em questão, auxiliando a passagem de
vapor de água do interior do alimento até o ar de secagem. Em seguida, a espuma
obtida deve ser espalhada em bandejas, que serão levadas à câmara de secagem.
A secagem por este método resulta em um produto poroso e quebradiço, de fácil
moagem e transformação em pó com boas propriedades de reidratação (BARRETO,
2010).
Os dados obtidos (umidade do produto ao longo do tempo) durante a
secagem formam uma curva. Em geral, os modelos utilizados para o ajuste dessas
curvas são não lineares. Alguns modelos são mais utilizados em secagem de
4
alimentos como Page, Henderson e Pabis, Newton e Segunda Lei de Fick (BIAZUS,
2006).
5
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1 MATÉRIAS PRIMA
2.1.1 Cenoura
A cenoura (Daucus carota) é originária do Oriente Médio onde atualmente é o
Afeganistão. Entretanto a cenoura conhecida no ocidente, de coloração alaranjada,
foi produzida na França e Holanda durante o século XVII a partir de material
genético de cenoura asiática (FILGUEIRA, 2003).
A cenoura é importante hortaliça da família Apiaceae, do grupo das raízes
tuberosas cultivadas em todo o país, principalmente nas regiões Sudeste, Nordeste
e Sul do Brasil, ocupando o sexto lugar em quantidade comercializado (FINGER et
al, 2005). Foi produzido no Brasil em 2001 cerca de 28 mil hectares atingindo a
produção de 800 mil toneladas. Dentre os principais produtores estão os municípios
de Carandaí, Santa Juliana e São Gotardo (Minas Gerais); Piedade, Ibiúna e Mogi
das Cruzes (São Paulo); Marilândia (Paraná); Lapão e Irecê (Bahia). Em clima de
menor temperatura a cenoura apresenta um maior desenvolvimento, porém nos
últimos anos, apresentou cultivares tolerantes ao calor e com resistência às
principais doenças de folhagem. O plantio de cenoura vem expandindo também nos
estados da Bahia e de Goiás (EMBRAPA, 2013).
A cenoura apresenta características peculiares, principalmente na sua raiz
tuberosa, sendo alongada, reta e sem ramificações, além de apresentar como fator
principal a sua coloração alaranjada intensa e concentração de açúcares. Esta
característica é singular, pois geralmente está associada às partes da planta que
têm contato direto com a luz. A principal explicação para este fenômeno está em
que, originalmente, é uma planta bienal necessitando assim de dois anos para
realizar o ciclo vegetativo e reprodutivo, sendo, portanto, estratégico concentrar e
guardar na raiz, os metabólitos assimilados (açúcares, proteínas, vitaminas, etc.),
que servirão como reserva e nutrição na posterior fase reprodutiva (PIAMONTE,
1996).
Segundo LUCIANO et al. (2010), a cenoura é a principal hortaliça de raiz em
valores econômicos e a mais cultivada no Brasil. Como apresentado na Tabela 1,
esta raiz contém elevado conteúdo de β-caroteno. Também se destaca pela textura
macia e paladar agradável, o que explica a sua grande demanda. Além do
6
consumo in natura, é utilizada como matéria prima para indústrias processadoras de
alimentos,
que
a
comercializam
na
forma
de
minimamente
processada
(minicenouras, cubos, ralada, em rodelas) ou processada na forma de seleta de
legumes, alimentos infantis, farinha e sopas instantâneas (EMBRAPA, 2013).
Tabela 1 - Composição nutricional de 100 gramas de raízes de cenoura crua
Componente
Calorias
Gorduras
Carboidratos
Fibras
Proteínas
Sódio
Potássio
Cálcio
Ferro
Zinco
Vitaminas A
Vitaminas C
Vitaminas E
Unidade
Quantidade
Kcal
g
g
g
g
mg
mg
mg
mg
mg
UI
mg
mg
43,00
0,19
10,14
3,00
1,03
35,00
323,00
27,00
0,50
0,20
12.000
9,00
0,46
Fonte: Embrapa, 2013.
A cenoura é fonte de vitaminas e pode ser utilizada de várias formas pela
indústria. Segundo MORETTI (2006) a operação de produção de farinha e polpa de
cenoura é utilizada para obtenção, aproveitamento e conservação de cenoura. A
farinha de cenoura pode substituir a farinha de trigo em massas e produtos de
panificação em uma concentração de até 7,5%. Para massa de macarrão a
característica de cozimento e aceitação não diferiu entre a massa tradicional com a
de massa modificada com farinha de trigo e farinha de cenoura.
2.1.2 Tomate
O tomate destaca-se por sua importância econômica, sendo um dos produtos
agrícolas mais cultivados e consumidos no mundo. Segundo a Food and Agriculture
Organization (FAO), a produção mundial do tomateiro, em 2011, foi de 159 milhões
de toneladas (FAO, 2013).
O tomate é uma das hortaliças mais importantes no Brasil, tanto pelo ponto
de vista econômico e social, associado à geração de empregos e ao volume
7
produzido (MAGALHÃES et al., 2009). Além disso, o tomate é rico em licopeno e
possui altos teores vitaminas A e C. Cerca de 80% do licopeno ingerido pelo homem
é originário do tomate e de seus derivados. O consumo de licopeno vem sendo
associado à redução no risco de câncer de próstata e doenças cardiovasculares
(DAMODARAN et al., 2010).
O consumo de tomate e de seus produtos tem sido indicador nutricional de
bons hábitos alimentares que contribuem para uma vida mais saudável. Os frutos de
tomate são consumidos frescos, em saladas ou cozidos em molhos, sopas e carnes.
Podem ser processados em purês, sucos e molho de tomate (ketchup). Os frutos
enlatados e secos também constituem produtos processados de importância
econômica (GEORGE et al., 2004).
O tomate é um produto que possui alta perecibilidade, e devido a esse fator
técnicas que visam à redução de perdas do mesmo vêm sendo utilizadas. As
técnicas de secagem surgem como uma alternativa para evitar o desperdício, tendo
em vista que o tomate é altamente compatível com essa técnica (DAMODARAN et
al., 2010; SOARES, 2009).
2.1.3 Beterraba
As regiões Sudeste e Sul do Brasil são as maiores produtoras de beterraba
(Beta vulgarius L.). Entretanto, esta hortaliça tem origem de regiões de clima
temperado da Europa e do Norte da África (FERREIRA et al., 2010).
A beterraba é considerada uma das principais hortaliças cultivadas no Brasil.
Estes biótipos incluem a beterraba açucareira, forrageira e hortícola. A beterraba
açucareira é utilizada para a extração de açúcar, pois possuem em suas raízes altos
teores de sacarose. E como subproduto dessa extração tem-se o melaço e polpa,
que podem ser empregados como fertilizante orgânico, como forragem ou na
alimentação animal. A beterraba forrageira é empregada na alimentação animal. Por
sua vez, a beterraba hortícola, possui raízes e as folhas que são utilizadas na
alimentação humana. Conhecida também como beterraba vermelha ou beterraba de
mesa, é o biótipo cultivado no Brasil (TEVELLI, 2011).
Apesar de ser uma hortaliça de grande importância na dieta do consumidor, a
escala comercial da beterraba é menor se comparada a outras hortaliças mais
tradicionais, como a batata, o tomate, a cebola, o pimentão, o repolho e a cenoura. E
8
no Brasil, o cultivo de beterraba é principalmente feito com cultivares de mesa para
fins comerciais (ECHER et al., 2007).
Esta hortaliça contém vitaminas A, B1, B2, B5, e C. No entanto, as
propriedades da vitamina C da beterraba são melhores absorvidas no organismo,
quando consumidas cruas. A beterraba apresenta ainda minerais como o cálcio,
cloro, sódio, e fósforo. Possui também o silício, que é parte integrante do colágeno;
o zinco, que auxilia os tecidos cerebrais, juntamente com o ferro e o cobre que
ajudam na formação de glóbulos vermelhos; o potássio e o manganês, que
fortalecem e regulam as glândulas de secreção interna (CLAUDINO, 2006).
A beterraba apresenta uma cor vermelho-arroxeada, devido à presença dos
pigmentos betalaínas, que são importantes antioxidantes. As betalaínas foram um
dos primeiros corantes naturais a serem empregados nas indústrias de alimentos,
sendo consideradas muito importantes (ALVES et. al., 2008).
O corante Vermelho de Beterraba (betalaína) pode ser aplicado em sorvetes,
iogurtes,
leites
aromatizados,
carnes,
refrigerantes,
pós-instantâneos
para
sobremesa e pudins, e teve sua utilização regulamentada, por meio da Resolução nº
388(BRASIL, 1999). A Tabela 2 apresenta a composição nutricional de 100 gramas
de raízes de beterraba crua.
Tabela 2 - Composição nutricional de 100 gramas de raízes de beterraba crua
Componente
Quantidade
Energia (Kcal)
43
Proteínas(g)
1,6
Lipídios(g)
0,1
Carboidratos(g)
9,5
Cálcio (mg)
18
Vit A (mg)
3,8
Vit C (mg)
4,9
Ácido fólico (mg)
109
Ferro (mg)
0,8
Fibras (mg)
2,8
Potássio (mg)
325
Fonte: Embrapa, 2013.
9
Além das propriedades colorantes, as betalaínas são apontadas como nova
classe de antioxidantes dietéticos, principalmente devido à sua capacidade de
sequestrar radicais livres. O consumo de beterraba vermelha regularmente na dieta
pode fornecer proteção e prevenção contra determinadas doenças relacionadas com
o estresse oxidativo em humanos, como alguns tipos de câncer (DAMODARAN,
2010).
2.1.4 Morango
O morango (Fragaria sp.) é um fruto valorizado e apreciado pelos
consumidores não só por suas características sensoriais únicas, mas também pelo
seu elevado valor nutricional, principalmente por conter compostos bioativos,
polifenóis, vitaminas e minerais. Dentre as substâncias encontradas no fruto, os
flavonoides, sobretudo as antocianinas, possuem potencial para regular o
metabolismo humano, prevenindo tumores e outras doenças (VENENCIO, 2010).
O morango é uma planta herbácea, rasteira e perene da família Rosaceae,
propagada por via vegetati va, através de estolhos. Em geral, a cultura para
produção de frutos é renovada anualmente. A parte comestível é um pseudofruto,
originário do receptáculo floral que se torna carnoso e suculento. Seu cultivo é
bastante desenvolvido em vários países do mundo, especialmente nos de clima
temperado (FERLA et. al., 2007).
A cultura do morangueiro vem desenvolvendo-se rapidamente em várias
partes do país. Essa ampla distribuição é devido à fácil adaptação de cultivo, ao
clima e às características da fruta. Entre os responsáveis pela maior parte da
produção encontram-se os Estados de São Paulo, Minas Gerais, Paraná e Rio
Grande do Sul
O fruto do morango é considerado não climatérico e devido a sua alta
perecibilidade, deve ser estocado por curtos intervalos de tempo. A comercialização
e a disponibilidade de morangos são restritas devido à rápida deterioração dos frutos
causada pela alta taxa respiratória, senescência e doenças pós-colheita, que
acarretam perdas nutritivas e econômicas consideráveis. Em função de sua textura
macia, os morangos in natura são susceptíveis ao ataque de fungos, o que dificulta
a manutenção da qualidade durante o armazenamento e comercialização (REIS et.
al., 2008).
10
Em 2007, a produção brasileira foi de aproximadamente 100 mil toneladas,
sendo o maior consumo voltado para o mercado interno, principalmente na forma in
natura (cerca de 70%) e o restante da produção era destinada à produção de
sorvetes, geléias, doces e outros produtos (MADAIL et. al., 2007). Segundo LIMA
FILHO (2013), no Brasil, a produção de morango não possui um sistema de
monitoramento para quantificar anualmente, o que limita a obtenção de informações
mais recentes sobre a produção.
Tabela 3 - Composição nutricional de 100 gramas de morango
Componente
Quantidade
Energia (Kcal)
29
Proteínas(g)
0,78
Carboidratos(g)
5,5
Lipídeos (g)
0,4
Fibra (g)
2
Vitamina C (mg)
47
Cálcio (mg)
25
K (mg)
138,63
Ferro (mg)
0,8
Fósforo (mg)
26
Mn (mg)
0,06
Fonte: Embrapa, 2013.
2.2 SECAGEM
Sabe-se que quanto mais distantes da matriz de produção, maiores serão os
preços dos produtos, assim como o aumento dos riscos. Fatores diversos afetam o
preço admitido pelos agricultores, sendo eles: a quantidade de informação do
produtor, atributos do produto, as despesas de transformação, os custos de
transportes, os custos comerciais, o ponto de venda na cadeia de comercialização,
perda de peso, perda de valor com o tempo (CHAVES et al., 2009).
No Brasil, embora haja grande disponibilidade de produtos hortícolas
acessíveis
a
uma
substancial parcela
da
população, observam-se
níveis
inadmissíveis de perdas desses produtos devido a planos de manejos inadequados,
utilizados desde a colheita até o armazenamento (ALVES et al., 2010). Esse fato
11
ressalta a necessidade de processos simples e baratos que possam oferecer meios
para aumentar a conservação desses alimentos extremamente perecíveis (SANTOS
et. al., 2010).
A secagem é umas das técnicas mais antigas utilizadas pelo homem para a
preservação de alimentos. Ela consiste na redução da atividade de água dos
alimentos pelo processo de remoção da água presente no interior dos mesmos. Em
relação aos outros métodos de conservação para períodos longos como a
refrigeração, a apertização ou tratamentos químicos, a desidratação oferece custo
mais baixo e operações mais simples. A remoção de água diminui a atividade de
água do produto, inibindo o desenvolvimento de microrganismos e retardando
deteriorações de origem físico-química (CANO-CHAUCA et al., 2004).
As frutas e hortaliças caracterizam-se pelo alto teor inicial de água, sendo
considerados produtos perecíveis. Portanto, o processo de secagem implica em
considerável redução de custo em transporte e manipulação do produto, além de
proporcionar efetivo prolongamento de sua vida útil (CANO-CHAUCA et al., 2004).
Segundo GEANKOPLIS (2003) a secagem refere -se à remoção de água de
materiais de processo e outras substâncias. O termo secagem também é usado com
referência a remoção de líquidos, tais como benzeno ou solventes orgânicos, em
materiais sólidos. Em geral, a secagem é a retirada de grandes quantidades de água
de um material em um determinado tempo. A temperatura, tempo de residência e a
umidade relativa do ar de secagem são parâmetros que devem ser estudados com
intuito de reduzir o tempo de secagem (BARBOSA et al, 2009).
Segundo CHEN e MUNJUMBA (2008), existem vários métodos ou processos
para secar alimentos. Em geral, o processo de secagem de material alimentar ocorre
quando o vapor de água é removido de sua superfície em espaço circundante,
resultando em uma superfície com baixo teor de água, gerando um gradiente de
umidade, no interior do alimento.Isso faz com que a pressão de vapor d’água no
interior do alimento seja maior que na sua superfície, fazendo com que o vapor
d’água migre do interior para a superfície.
Para GEANKOPLIS (2003), a secagem diferencia da evaporação na forma de
remoção de água. Na evaporação, a remoção do vapor de água ocorre à
temperatura igual ou acima do ponto de ebulição da água. Na secagem, a água
12
quase sempre é removida como vapor com o alimento abaixo da temperatura de
ebulição.
2.2.1 Mecanismo de secagem
Os métodos e processos de secagem podem ser diferenciados de várias
maneiras. O processo de secagem pode ser contínuo ou intermitente. Para os
processos contínuos o material deve entrar no secador e sofrer secagem sem a
interrupção no equipamento. Assim a matéria será obtida seca por operação
contínua. No processo intermitente, o produto úmido permanece no secador até que
se atinja a umidade desejada.
Segundo GEANKOPLIS (2003), o ar de secagem possui dois mecanismos
para a remoção de água em um material. O primeiro seria a transferência de calor
sobre a superfície do material, suficiente para a água da superfície mudar da fase
líquida para a fase gasosa. O segundo mecanismo seria a transferência de massa
no interior do alimento para a superfície e a capacidade do ar de carrear água.
Segundo FELLOWS (2000), há três fatores inter-relacionados que governam
a capacidade do ar para remover a água de um alimento:quantidade de vapor de
água presente no ar, temperatura de secagem e a quantidade e velocidade de ar
que passa sobre os alimentos. O alimento absorve calor do ar quente, o que provê a
entalpia de vaporização necessária para evaporar a água, a qual será carreada pelo
ar de secagem.
2.2.2 Curva de secagem
A partir dos dados da secagem, é possível construir curvas de secagem
características a cada produto. A utilização de modelos matemáticos para ajustá-los
aos dados experimentais tem mostrado grande importância na prática, pois permite
a redução dos exaustivos ensaios de laboratório. Existem na literatura vários
modelos matemáticos, teóricos, semi-empíricos e empíricos que podem ser
empregados (WUAGHON e PENA, 2008).
Segundo CANO-CHAUCA et al. (2004),as curvas de secagem podem auxiliar
na escolha do tempo de secagem para a obtenção do produto com a umidade
requerida, assim obtendo um produto de boa qualidade.
13
Para DIONELLO et al. (2009), as características encontradas na curva de
secagem de qualquer produto, incluindo a avaliação e escolha dos modelos
matemáticos que melhor descrevem o processo, são importantes na seleção e
desenvolvimento de equipamentos e no cálculo dos custos operacionais.
Page avaliou os fatores com influência significativa sobre a taxa máxima de
secagem convectiva de sementes de milho em camada delgada, e comparou os
resultados obtidos experimentalmente com aqueles obtidos com o modelo, obtendo
uma grande proximidade do valor estimado com o valor experimental (CHEN e
MUNJUMDAR, 2008). Segundo SANTOS (2010) os vários modelos existentes
devem ser testados para condição de secagem específica. Modelos para o ajuste de
curvas de secagem incluem o modelo de Henderson e Pabis (H&P), e o
exponencial, também conhecido como modelo de Newton e Lewis, modelo de Midili,
esses são os modelos mais utilizados para secagem de alimentos em geral.
Segundo PARK et al. (2001), o processo de secagem, baseado na
transferência de calor e de massa, pode ser dividido em três períodos (Figura 1).
Dentre esses três períodos se encontram três curvas. A curva (a) representa a
diminuição do teor de água do produto durante a secagem, em relação à evolução
do tempo de secagem. A curva (b) representa a velocidade de secagem(taxa) do
produto, variação do conteúdo de umidade do produto por tempo, dX/dt em relação
à evolução do tempo, isto é, é a curva obtida diferenciando a curva (a). A curva (c)
representa a variação da temperatura do produto durante a secagem (variação da
temperatura do produto (T) em relação à evolução do tempo (t), isto é, é a curva
obtida medindo a temperatura do produto durante a secagem.
14
Figura 1 - Curvas típicas de secagem. Fonte: PARK et al., 2001.
Analisando os períodos da taxa de secagem é possível observar o primeiro
período (período mais curto) quando ocorre uma elevação da temperatura e da
pressão de vapor de água. O segundo período é denominado como período de taxa
constante (período regido pela convecção) a superfície do alimento se encontra na
temperatura de bulbo úmido do ar de secagem e com elevada umidade. O terceiro
período descreve o início da taxa de secagem decrescente, a cinética de secagem
nesta etapa é mais lenta em comparação ao segundo período, pois a secagem é
influenciada pela difusão da água no interior do material, enquanto no período de
taxa constante é influenciado pela convecção (PARK, 2001; GEANKOPLIS, 2003).
Tamanha complexidade dos fenômenos existente na secagem induz a
formulação de inúmeras teorias e diversas equações empíricas para predizer a taxa
de secagem. Entre elas, a que tem maior destaque é a teoria difusional, baseada na
segunda Lei de Fick, Equação 1, que expressa o fluxo de massa por unidade de
área sendo proporcional ao gradiente de concentração de água no alimento (PARK,
2001). Para transferência de massa unidimensional na direção x, essa lei pode ser
descrita como:
𝜕𝑋
𝜕𝑋
= 𝐷𝑒𝑓
𝜕𝑡
𝜕𝑥²
(1)
15
em que 𝐷𝑒𝑓 é a difusividade em m²/h, 𝑥 é a posição ao longo da direção do
escoamento, em m, e𝑋 é o teor de água (kg de água/kg de sólidos secos).
2.3 SECAGEM EM LEITO DE ESPUMA
A secagem em leito ou camada de espuma (foam-mat drying) foi
desenvolvida em1959 por Arthur Morgan Jr. e seus colaboradores no Departamento
de Agricultura dos Estados Unidos e patenteado em 1961 (SOUZA, 2011). Esse
método consiste de três etapas básicas:

A primeira etapa baseia-se na mudança do alimento líquido ou pastoso em
uma espuma por meio de equipamentos geradores de espuma, como uma
batedeira, por exemplo, e adição de agentes espumantes;

Espalhamento da espuma sobre uma superfície, perfurada ou não, em
camada com espessura em torno de 2 a 10 mm;

Processo de desidratação, geralmente por corrente de ar quente. Durante a
secagem, a espuma mantém seu volume resultando em um produto poroso e
quebradiço que é facilmente transformado em pó (MARQUES, 2009). Em
alguns casos ocorre a diminuição do volume do produto poroso.
O método de leito em espuma, quando comparado com outros métodos como
spray-drying ou tambor rotativo apresenta vantagens e desvantagens. Uma das
vantagens são as baixas temperaturas e curtos tempos de secagens, isso se deve
ao fato da estrutura da espuma apresentar espaços preenchidos de ar, onde se
torna caminhos preferenciais para passagem da água, além disso, sua estrutura
pode permanecer inalterada durante o processo aumentando a área exposta ao ar
quente e facilitando a saída da água, o que preserva melhor o sabor e o valor
nutricional.Isso também torna o processo relativamente mais simples e barato.
Porém, para atender as elevadas taxas de produção, necessita de equipamentos
com grande superfície de secagem, pois a camada de material é muito fina (2 a 10
16
mm), elevando os custos do processo para grandes produções (CARNEIRO, 2008;
MARQUES,2009).
Entretanto a espessura da espuma influencia diretamente no tempo de
secagem, como ocorre na secagem convencional. No entanto, esse efeito é maior
para alimentos que serão desidratados na forma sólida (RAJKUMAR et al., 2007).
Segundo KUDRA e RATTI (2006), a utilização de secadores pequenos para
secagens de leito de espuma para suco de maçã e de polpa de manga, quando
comparado com a secagem convectiva convencional apresentou maiores taxas de
secagem e menores tempos de secagem, reduzindo em até 50% no tempo e uma
redução no custo de produção de cerca de 10%.
O menor tempo de exposição do produto a alta temperatura permite a
obtenção de produtos em pó com suas características nutricionais preservada, o que
pode gerar grandes possibilidades comerciais (SOUZA, 2011). Apesar de ser uma
tecnologia relativamente nova, vários pesquisadores vem aplicando e estudando em
diversos tipos de produtos como: suco polpa de acerola (SOARES et al, 2001),
manga (BASTOS et al, 2005), jaca (DANTAS et al, 2008), caldo de cana
(MARQUES, 2009), araçá-boi (SOARES, 2009), seriguela (FURTADO et al, 2010),
suco misto de açaí, morango e acerola (ROCHA, 2013) e cenoura (PIZZANI, 2013),
dentre outros.
Como desvantagens, além do elevado custo para grandes demandas de
produção, esse método necessita da utilização de agentes espumantes, que podem
modificar características sensoriais do alimento como sabor, aroma e cor. Outra
desvantagem e ponto crítico do processo é a dificuldade encontrada na formação da
espuma e estabilidade da espuma durante o processo de secagem. A formação, a
densidade e a estabilidade das espumas são afetadas por diversas variáveis como a
natureza química do material, teor de sólidos solúveis e, principalmente, pelo tipo e
concentração do agente espumante (MARQUES, 2009; CARNEIRO, 2008).
2.3.1 Espuma
A espuma é uma dispersão de um fluido “hidrofóbico” (afinidade com óleo) em
um liquido “hidrofílico” (afinidade com água). É muito similar a uma emulsão. Possui
em sua estrutura gotículas gasosas cobertas por um líquido contínuo e descrito
termodinamicamente como um sistema instável (FOLEGATTI, 2001).
17
A instabilidade da espuma está relacionada com a desproporcionalidade
(Maturação de Ostwald), que é a difusão de gás para as bolhas grandes pelas
bolhas menores (isso ocorre pela diferença de pressão entre as bolhas); com a
gravidade, que ao longo da camada em espuma ocorre o escoamento de líquido e;
com a coalescência das bolhas, devido ao filme entre elas não permanecer estável
(DAMODARAN et. al., 2010).
A estabilidade da emulsão é o atributo físico de maior importância na
avaliação da qualidade da espuma. Para a análise da estabilidade da espuma podese observar alguns fatores, entre eles, volume reduzido na fase dispersa, baixa
tensão interfacial repulsão das duplas camadas elétricas, filme interfacial forte,
gotículas pequena e viscosidade elevada. Os dois principais fatores que definem a
estabilidade da espuma são: drenagem de filmes líquidos para se tornarem mais
finos e perturbações aleatórias com tendência a quebra. Para a formação de uma
emulsão é necessário à presença de um aditivo (MUTHUKUMARAN et al., 2008)
Para a escolha do agente espumante para a desidratação em leito de espuma
deve-se escolher o agente que promove a maior redução de densidade, pois, a
redução da densidade é causada pela incorporação de ar durante a agitação da
mistura do suco (ou polpa do produto) com o aditivo, que caracteriza a formação da
espuma THUWAPANICHAYANAN et al. (2008).
A presença de substancias com capacidade de gerar espuma e até mesmo
estabilizar uma emulsão é encontrado em alguns alimentos, como clara de ovo e
leite. Entretanto, em geral, a estabilidade dessas emulsões não é capaz de suportar
as condições de um processamento de secagem. O uso de emulsificante é para
auxiliar a formação da espuma e estabilizá-la reduzindo a energia livre e a tensão
interfacial (CAPITANI, 2004). Os emulsificantes mais utilizados são: Emulstab ®,
Albumina, Maltodextrina e Liga Neutra (SOUZA, 2011).
O estudo da porosidade da espuma vem sendo muito pesquisado, pois esse
fator influência muito na taxa de secagem. PRACHAYAWARAKORN et al. (2008),
estudaram o efeito das posições dos poros ao longo da espuma sobre a taxa de
secagem e descobriu que diferentes arranjos de poros apresentaram diferentes
taxas de secagem. Quando os poros maiores estão posicionados no exterior da rede
e os poros menores no interior, a taxa de secagem é consideravelmente mais
rápida.
18
PRAKOTMAK et al., (2010), aponta a densidade da espuma como o fator de
maior impacto na porosidade da espuma, visto que quanto menor a densidade maior
será o número e tamanho dos poros. O autor encontrou que para os valores de
densidades de espuma de banana de 0,21 e 0.26 g/cm 3 , os valores de porosidade
eram 31 % e 26% de espaços vazios, respectivamente.
19
3. MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi realizado no Laboratório de Operações Unitárias, no Centro
de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo, localizado no
município de Alegre-ES.
3.1 PREPARO DOS SUCOS E DAS POLPAS
Para a elaboração dos sucos e das polpas foram selecionados cenouras,
beterrabas, tomates e morangos sadios, sem imperfeições, sem manchas, sem
partes atacadas por insetos, sem podridões e em estádio de maturação adequado.
As cenouras e as beterrabas foram adquiridas no comércio local, na cidade de
Alegre-ES, enquanto os morangos e tomates foram adquiridos por produtores rurais
na cidade de Venda Nova do Imigrante-ES.
Todas as matérias primas foram lavadas em água corrente para remoção das
sujidades, em seguida, foram sanitizadas em solução de hipoclorito com
concentração de 200 ppm de cloro.
A preparação dos sucos de cenoura e de beterraba foi realizada em
liquidificador adicionando água até 50% em volume. A polpa do tomate foi obtida
utilizando um despolpador, enquanto para a polpa do morango utilizou o
liquidificador. Para a produção da polpa do tomate e do morango não foi necessário
adição de água.
3.2 PRODUÇÃO DA ESPUMA
Para produção de espuma, utilizou-se o agente espumante Emustab ®
(produto à base de monoglicerídeos destilados, monoestearato de sorbitana e
polisorbato 60) nas concentrações de 2,5%, 5%, 7,5% e 10%, em massa, para
cenoura, com o intuito de encontrar a melhor concentração. Para beterraba e tomate
foi utilizado o Emulstab® na concentração de 2,5%. Para a produção de espuma de
morango utilizou-se albumina na concentração de 2,5% em massa, pois a mistura
polpa de morango e Emulstab ® não foi capaz de gerar uma emulsão. O emulsificante
foi adicionado aos respectivos sucos e polpas e essa mistura foi submetida à
20
agitação, em uma batedeira doméstica, por 20 minutos para a obtenção da espuma.
Na Figura 2 está ilustrado o fluxograma da produção da espuma que foi submetida à
secagem.
SUCO/
POLPA
ADIÇÃO DO
ESPUMANTE
AGITAÇÃO
(Batedeira)
ESPUMA
Figura 22 -- Fluxograma
Fluxograma da
da produção
produção de
de espuma.
espuma. Fonte:
Fonte: O
O autor
autor (2014).
(2014).
Figura
3.3 CARACTERIZAÇÃO DA ESPUMA
Para caracterização da espuma foram feitas as seguintes análises em triplicata:
 Massa específica: a massa específica foi determinada dividindo-se a massa da
espuma pelo seu volume;
 Determinação de estabilidade: 15 gramas de espuma foram colocadas numa tela
de aço inox apoiada sobre um béquer, à temperatura ambiente. Durante 2 horas,
a cada 30 minutos, foi registrada a massa de espuma coalescida depositada no
béquer. A estabilidade da espuma (E%) é calculada pela seguinte equação
(BAPTISTA, 2002):
E% = 1 −
mc
• 100
mt
(2)
em que mc é a massa coalescida, mt a massa total da espuma.
3.4 SECAGEM
Para a realização da secagem, a menor concentração de emulsificante que
apresentou estabilidade para o processo foi escolhida. A espuma formada foi
disposta em três bandejas lisas de aço inoxidável com 10 mm de altura, previamente
pesadas. As bandejas foram imediatamente colocadas em um secador convectivo.
Foi medida a massa ao longo do tempo, até atingir massa constante. Para isso,
foram pesadas as bandejas no tempo zero, de 15 em 15 minutos durante a primeira
21
hora, de 30 em 30 minutos durante a segunda hora e de 1 em 1 hora até que se
atingiu massa constante. As bandejas foram giradas a 180° a cada hora e foi
mudada a posição das bandejas para não ocorrer interferência de posição durante a
secagem.
Para a avaliação da razão de umidade ao longo do tempo, o experimento foi
realizado por um delineamento inteiramente casualizado (DIC), para isso te ve como
variável dependente a razão de umidade (RU) e variável independente o tempo (t).
O tratamento temperatura teve cinco níveis: 40, 50, 60, 70 e 80 °C. Para a
avaliação do comportamento da perda de umidade ao longo do tempo, foi realizada
uma análise de regressão não linear com modelos semi-empíricos conforme
apresentado na Tabela 1 para cada nível de temperatura:
Tabela 4 - Modelos matemáticos utilizados no ajuste das curvas de secagem
Designação dos Modelos
Modelos
n
Page
RU = e(−kt )
H&P
RU = Ce(−kt)
Newton
RU = e(−kt )
n
RU = Ce(−kt ) + bt
Midili
n
RU = e(−kt) + bt
Midili Modificado
Em que RU =
X t −X e
X 0 −X e
é a razão de umidade, Xt é o teor de água em qualquer
instante de tempo, Xe é o teor de água na condição de equilíbrio, X0 é o teor de água
inicial, t é o tempo de secagem em horas e b, k, n e C são parâmetros dos modelos.
Os parâmetros dos modelos foram submetidos ao teste estatístico t de
Student ao nível de 5% de significância. Os modelos que apresentaram parâmetros
não significativos (p>0,05) foram rejeitados. Os critérios empregados para escolha
do melhor modelo foram as análises do maior coeficiente de determinação (R²) e
menor valor de qui-quadrado reduzido (χ²).
Os valores de qui-quadrado reduzido (χ²) foram calculados a partir da
equação a seguir:
22
χ² =
n
i=1 (RU exp ,i
− RU prev ,i )²
N −n
em que RU exp ,i e RU prev ,i são, respectivamente, os valores experimentais e previstos
da razão de umidade para a i-ésima observação, N é o número de observações e n,
é o número de parâmetros no modelo.
Para a avaliação da influência da temperatura do ar de secagem no
coeficiente de difusão, o experimento foi realizado por um delineamento inteiramente
casualizado (DIC), para isso teve como variável dependente o coeficiente de difusão
efetivo (D ef ) e variável independente a temperatura (T).
Para o cálculo do coeficiente de difusão foi utilizada a equação 3, a qual é
uma solução analítica da segunda lei de Fick, em que foram feitas as seguintes
considerações:

Que a difusividade 𝐷𝑒𝑓 é constante ao longo do tempo;

No início a umidade do produto é uniformemente distribuída;

O encolhimento do produto durante a secagem é desprezível;

Ocorre remoção de água somente em uma direção; e

A camada de produto forma uma placa plana.
8 −𝐷 𝑡
𝑅𝑈 = 2 𝑒 𝑒𝑓
𝜋
𝜋 2
2𝑥1
1 −9𝐷 𝑡
+ 𝑒 𝑒𝑓
9
𝜋 2
2𝑥 1
1 −25 𝐷𝑒𝑓 𝑡
+
𝑒
25
𝜋 2
2𝑥1
+ …
(3)
em que 𝑥 1 é a espessura do alimento.
Para estimar os valores do coeficiente de difusão em função da temperatura,
foi utilizada a equação de Arrhenius como mostra as equação 4.
𝐷𝑒𝑓 = 𝐴𝑒𝑥𝑝 −
𝐸𝑎
𝑅𝑇
(4)
em que A é uma constante em m² s -1, 𝐸𝑎 é a energia de ativação em j mol-1, R é a
constante universal dos gases em j mol-1K-1 e T é a temperatura em K.
Foram feitas análises de pH, sólidos solúveis totais, acidez titulável,
porcentagem de matéria seca para caracterização do suco da cenoura e do pó
obtido pelo processo de secagem. As análises foram realizadas em triplicata.
23
O pH foi medido por meio de pHmetro. O teor de sólidos solúveis totais foi
determinado por refratometria, utilizando um refratômetro de bancada. A acidez
titulável foi determinada por titulometria. A porcentagem de matéria seca foi
determinada em estufa. Todas as análises seguiram protocolos do Instituto Adolfo
Lutz (IAL, 2008).
24
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Caracterização do suco da cenoura
Os resultados das análises da caracterização da cenoura estão mostrados na
Tabela 5.
Tabela 5 – Características físico-químicas do suco da cenoura
Propriedades
Valor
Umidade em base úmida (%)
91,5
pH
5,83
Acidez (% ácido cítrico)
1,60
Massa especifica (Kg/m³)
Sólido solúvel (°Brix)
1,039
5,92
Fonte: O autor (2014).
O suco da cenoura apresentou teor de umidade de 91,5%, valor semelhante
aos encontrados por CONTADO et al. (2010) em diferentes variedades de cenoura.
O valor de pH da amostra in natura (5,83), mostrou similaridade ao obtido por
BRANCO (2001), correspondente a 5,84.
BRANCO et al. (2001) encontrou 0,80% de acidez (em ácido cítrico), valor
diferente ao obtido no experimento (1,60%). Contudo, SOUZA (2007) relata grande
variabilidade no valor da acidez titulável, dada a subjetividade na interpretação da
mudança de cor, quando da titulação. Deve-se, portanto, buscar métodos mais
precisos, de preferência automáticos, para esta variável, sendo esperada uma
variabilidade maior em análises manuais.
A massa específica encontrada para a polpa de cenoura está de acordo com
os encontrados na literatura para polpa de frutas, com teor de água semelhante,
embora existam poucos trabalhos sobre a massa específica da polpa de frutas e
hortaliças. MATA et al. (2005) determinaram a massa específica para polpa de cajá,
encontrando 1,253 Kg/m3. Lima et al (2003), encontraram valores de 1,006 Kg/m3
para polpa de umbu.
Com relação os teores de sólidos solúveis, LIMA et al. (2001) encontrou 7,98
°Brix para cenoura tratada por irradiação, enquanto LIMA et al. (2003) obteve 3,40
25
°Brix para cenoura minimamente processada. No presente trabalho, verificou-se um
teor de sólidos solúveis de 5,92 °Brix.
Caracterização da espuma
Massa especifica
Os valores da densidade da espuma de cenoura estão apresentados na
Tabela 6.
Tabela 6 - Valores da densidade da espuma em diferentes níveis de concentração
de emulsificante
Concentração de emulsificante (% )
Massa específica
0
1,022
2,5
0,3360
5
0,3233
7,5
0,3041
10
0,2981
Fonte: O autor (2014)
Os valores encontrados, com exceção do valor sem adição de emulsificante
são muito próximos, o que sugere a utilização da menor porcentagem de
emulsificante. Os dados foram submetidos a uma regressão não linear, com o intuito
de obter uma equação da massa específica da espuma pela concentração do
emulsificante (CE) (Equação 5).
De acordo com THUWAPANICHAYANAN et al. (2008), quanto menor a
densidade da espuma mais fácil e rápido é o processo de difusão da água através
da espuma na desidratação. Segundo SOARES et al. (2001), os quais avaliaram a
secagem de acerola em espuma, a densidade da espuma deve pertencer ao
intervalo de 0,1 a 0,6 g/mL para ser considerada adequada e submetida ao processo
secagem, logo os resultados obtidos para a espuma de cenoura mostraram-se
dentro da faixa.
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 = 𝑒 −0,2191∗CE
R² = 0,735
(5)
26
O parâmetro foi significativo ao nível de 5% de probabilidade, além disso, a
equação da regressão apresentou um coeficiente de determinação de 0,735, o que
confirma um ajuste satisfatório.
Estabilidade
Os valores da estabilidade da espuma estão apresentados na Tabela 7. A
importância deste teste baseia-se na determinação de um nível mínimo de agente
estabilizante necessário para a produção de espuma de cenoura, com estabilidade
adequada para o processo de secagem.
Tabela 7 - Valores da estabilidade da espuma em diferentes níveis de concentração
de emulsificante
Concentração de emulsificante (% )
Estabilidade (%)
2,5
99,82
5
99,34
7,5
100
10
99,94
Fonte: O autor (2014)
Observa-se que as espumas de cenoura apresentaram valores próximos a
100%, dessa forma, a ocorrência de coalescido foi mínima, demonstrando boa
estabilidade para todos os níveis de concentração de emulsificante, fato que
juntamente com a densidade justifica o uso adequado do Emulstab ® para a formação
da espuma. Este fator também foi encontrado por ROCHA (2013), em espuma de
suco misto de açaí, morango e acerola, não apresentando variação da estabilidade
com aumento da concentração de emulsificante.
Secagem
Foi escolhida a concentração de 2,5% para produção de espuma que foi
submetida à secagem seguindo os seguintes critérios:



Densidade e estabilidade adequada para o processo e;
menor concentração de emulsificante.
Para tomate, beterraba e morango foi feito um pré-teste para chegar nessa
concentração
27
Para a produção de espuma de cenoura, tomate e beterraba foram utilizados
como agente emulsificante o Emulstab® e para a produção da espuma de morango
foi utilizado albumina.
Ao fim das secagens em leito de espuma observou-se que o tempo de
secagem foi dependente da temperatura, sendo menor para maiores temperaturas,
como pode ser observado nas Figuras 3 a 6. Para todas as temperaturas, a razão de
umidade reduziu rapidamente no início e, posteriormente, diminuiu lentamente à
medida que se aumentava o tempo de secagem. Esses resultados estão de acordo
com os obtidos por SANTOS et al. (2010) e OLIVEIRA et al. (2006).
Figura 3 - Pontos experimentais da secagem Figura 4 - Pontos experimentais da secagem
de cenoura em leito espuma. Fonte: O autor de tomate em leito de espuma. Fonte: O
(2014).
autor (2014).
Figura 5 - Pontos experimentais da secagem Figura 6 - Pontos experimentais da secagem
de beterraba em leito espuma. Fonte: O de morango em leito de espuma. Fonte: O
autor (2014).
autor (2014).
Como esperado, ocorreu um decréscimo no tempo de processo com o
aumento da temperatura para todos os casos, sendo que para se alcançar a
umidade de equilíbrio precisou-se aproximadamente de 11, 11, 6, 6 e 4 horas para
28
cenoura, 16, 12, 8, 7 e 7 horas para tomate, 15, 10, 8, 6 e 5 horas para beterraba e
17, 13, 9, 8 e 7 horas para morango para a faixa de temperaturas de 40, 50, 60, 70 e
80 ºC, respectivamente.
Os modelos semi-empíricos de Page, Henderson e Pabis (H&P), Newton,
Midili e Midili Modificado foram ajustados mediante regressão não linear. Com os
resultados das análises de regressão não linear, realizadas com os modelos semi empíricos apresentados na Tabela 1, foram descartados os modelos que
apresentaram parâmetros não significativos de acordo com o teste t de Student ao
nível de 5% de significância. Os parâmetros estimados dos modelos matemáticos
para todos os produtos propostos estão apresentados nas Tabelas de 8 a 11 para as
temperaturas de 40, 50, 60, 70 e 80 °C, respectivamente. Dentre os modelos
descartados tem-se o modelo de Midili e Midili Modificado que apresentaram o
parâmetro b não significativo.
Tabela 8 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de
cenoura em leito de espuma
Temp.(°C)
40
50
60
70
80
Equação
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
b
0,0042ns
0,0068ns
0,0067*
0,0100*
0,0036ns
0,0049ns
0,0058ns
0,0068ns
0,0132ns
0,0132ns
Fonte: O autor (2014).
ns – não significativo a 5% de significância
*- significativo a 5% de significância
k
0,0759*
0,2158*
0,1983*
0,0640*
0,0986*
0,0870*
0,2211*
0,2053*
0,0622*
0,0875*
0,2369*
0,4104*
0,3741*
0,1994*
0,2380*
0,2371*
0,4133*
0,3721*
0,2202*
0,2367*
0,3972*
0,5649*
0,5095*
0,3820*
0,3817*
n
1,5694*
1,5942*
1,3485*
1,5093*
1,5690*
1,3642*
1,4801*
1,5563*
1,4158*
1,4923*
1,4746*
1,4128*
1,4447*
1,3445*
1,3454*
C
1,0751*
0,9540*
1,0673*
0,9648*
1,0782*
0,9654*
1,0865*
0,9845*
1,0836*
1,0002*
29
Tabela 9 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de tomate
em leito de espuma
Temp.(°C)
40
50
60
70
80
Equação
b
k
n
C
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
0,0123ns
0,0045*
0,0121*
0,0041*
0,0129ns
0,0022ns
0,0160ns
0,0025ns
0,0139ns
0,0030ns
0,0484*
0,1574*
0,1461*
0,3278*
0,0588*
0,0889*
0,2217*
0,2040*
0,4081*
0,0973*
0,1606*
0,3490*
0,3321*
0,5357*
0,1625*
0,1677*
0,3507*
0,3721*
0,5489*
0,1690*
0,2044*
0,3741*
0,5095*
0,5684*
0,2058*
1,5378*
0,3278*
1,3765*
1,4899*
0,4081*
1,3814*
1,5754*
0,5357*
1,5378*
1,6351*
0,5489 *
1,5977*
1,5254*
0,5684*
1,4826*
1,0724*
1,0308*
1,0773*
1,0419*
1,0961*
1,0677*
1,1061*
1,0750*
1,0919*
1,0641*
Fonte: O autor (2014).
ns – não significativo a 5% de significância
*- significativo a 5% de significância
30
Tabela 10 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de
beterraba em leito de espuma
Temp.(°C)
40
50
60
70
80
Equação
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
b
0,0681ns
0,0193*
0,0194 *
0,0246*
0,0029ns
0,0043ns
0,0034ns
0,0053ns
0,0036ns
0,0053ns
Fonte: O autor (2014).
ns – não significativo a 5% de significância
*- significativo a 5% de significância
k
0,0430*
0,1443*
0,1352*
0,0406ns
0,0600*
0,1035*
0,2180*
0,2047*
0,0955 *
0,1143*
0,1475*
0,3450*
0,3093*
0,1157*
0,1505*
0,2941*
0,4680*
0,4296*
0,2380 *
0,2933*
*
0,5329*
0,4827*
0,2826*
0,3332*
n
1,5492*
2,1230*
1,1359*
1,4161*
1,2181 *
1,0802*
1,6306*
1,7492*
1,5635*
1,4816*
1,6108*
1,4202*
1,5687*
1,6915*
1,5178*
C
1,0587*
0,9620*
1,0532*
0,9767 *
1,0962*
0,9631*
1,0716*
0,9550*
1,0834*
0,9606*
31
Tabela 11 - Valores dos parâmetros das equações das curvas de secagem de
morango em leito de espuma
Temp.(°C)
40
50
60
70
80
Equação
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
Page
H&P
Newton
Midili
Midili mod.
b
0,0681ns
0,0193*
0,0194 *
0,0246*
0,0029ns
0,0043ns
0,0034ns
0,0053ns
0,0036ns
0,0053ns
k
0,0591*
0,1480*
0,1390*
0,0406ns
0,0600*
0,1082*
0,2284*
0,2121*
0,0955 *
0,1143*
0,2452*
0,3921*
0,3602*
0,1157*
0,1505*
0,2977*
0,4145*
0,3879*
0,2380 *
0,2933*
0,2804*
0,4237*
0,3908*
0,2826*
0,3332*
n
1,4061*
2,1230*
1,1359*
1,4029*
1,2181 *
1,0802*
1,3829*
1,7492*
1,5635*
1,2829*
1,6108*
1,4202*
1,3603*
1,6915*
1,5178*
C
1,0596*
0,9620*
1,0684*
0,9767 *
1,0712*
0,9631*
1,0543*
0,9550*
1,0679*
0,9606*
Fonte: O autor (2014).
ns – não significativo a 5% de significância
*- significativo a 5% de significância
Nas Figuras 7 a 10 estão apresentados os pontos experimentais da secagem
de cenoura em leito de espuma e o ajuste do modelo de Page (modelo que
apresentou o melhor ajuste), nos cinco níveis de temperaturas.
32
Figura 7 - Razão de umidade experimental da
secagem em leito de espuma de cenoura em
função do tempo sob diferentes condições de
temperatura, com ajuste do modelo de Page.
Fonte: O aut or (2014).
Figura 8 - Razão de umidade experimental da
secagem em leito de espuma de tomate em
função do tempo sob diferentes condições de
temperaturas, ajustados ao modelo de Page.
Fonte: O aut or (2014).
Figura 9 - Razão de umidade experimental da
secagem de beterraba em leit o de espuma em
função do tempo sob diferentes condições de
temperaturas, ajustados ao modelo de Page.
Fonte: O aut or (2014).
Figura 10 - Razão de umidade da secagem de
morango em leito de espuma em função do
tempo para diferentes temperat uras do ar de
secagem, ajustadas pelo modelo de Page.
Fonte: O aut or (2014).
As Figuras 7 a 10 mostram os dados de secagem nas diferentes temperaturas
de processo ajustados a partir dos modelos que não foram descartados e pode-se
analisar que a parte da secagem em que ocorre taxa constante é maior quando
comparado em secagem convencional, como por exemplo, LEWICKI et al., (2002), a
curva de secagem de tomates por secagem convencional não demonstrou um
período longo de taxa constante de secagem.
A diferença entre as curvas de secagem de cenoura pelo método
convencional em relação ao método de secagem deste trabalho está na forma do
produto a ser desidratado. Na secagem convencional o produto se encontra em
partes sólidas (na maioria dos casos) e o mecanismo de transporte de água que
governa no interior do alimento é por difusão, enquanto na secagem por leito de
33
espuma o produto se encontra em uma emulsão da polpa ou suco com ar, assim
aumenta a capilaridade do produto, o que acelera o processo de secagem.
Seguem nas Tabelas de 12 a 15 os modelos ajustados com seus respectivos
valores de R² e 𝑋 2 nas diferentes temperaturas de processo.
Tabela 12 - Parâmetros dos modelos ajustados e os valores de R² e 𝝌² para as
temperaturas de secagem de cenoura em leito de espuma
Modelos
matemáticos
Temp.(°C)
40
50
Page
60
70
80
40
50
H&P
60
70
80
RU = 𝑒
(−0,0870 𝑡) 1,5093
RU = 𝑒 (−0,2369 𝑡)
RU = 𝑒
RU = 𝑒
𝑿𝟐
0,9953
0,00160
0,9951
0,00150
0,9970
0,00103
0,9984
0,00053
0,9937
0,00208
0,9805
0,00559
0,9827
0,00619
0,9854
0,00503
0,9860
0,00470
0,9826
0,00569
0,9757
0,00673
0,9791
0,00771
0,9810
0,00655
0,9799
0,9768
0,00672
0,00759
1,4801
(−0,2371 𝑡) 1,4923
(−0,3972 𝑡) 1,4447
𝑅𝑈 = 1,0751 𝑒
(−0,2158𝑡 )
𝑅𝑈 = 1,0673 𝑒
(−0,2211𝑡 )
𝑅𝑈 = 1,0782 𝑒
(−0,4104𝑡 )
𝑅𝑈 = 1,0865 𝑒
(−0,4133𝑡 )
𝑅𝑈 = 1,0836 𝑒
(−0,5649𝑡 )
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,2053𝑡 )
60
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,3741𝑡 )
70
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,3721𝑡 )
80
(−0,5095𝑡 )
𝑅𝑈 = 𝑒
R²
1,5694
𝑅𝑈 = 𝑒
50
Fonte: O autor (2014).
RU = 𝑒 (−0,0759 𝑡)
(−0,1983𝑡 )
40
Newton
Modelos ajustados
34
Tabela 13 - Parâmetros dos modelos com ajuste e os valores de R² e 𝝌² para as
temperaturas de secagem de tomate em leito de espuma
Modelos
matemáticos
Temp. (°C)
40
50
Page
60
70
80
H&P
RU = 𝑒
(−0,0889 𝑡) 1,4899
RU = 𝑒 (−0,1606 𝑡)
RU = 𝑒
RU = 𝑒
(−0,1677 𝑡) 1,6351
(−0,2044 𝑡) 1,5254
50
𝑅𝑈 = 1,0773𝑒
𝑅𝑈 = 1,0961𝑒
(−0,3490𝑡 )
𝑅𝑈 = 1,1061𝑒
(−0,3744 𝑡 )
𝑅𝑈 = 1,0919𝑒
(−0,3898𝑡 )
40
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,1461𝑡 )
50
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,2040𝑡 )
60
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,3132𝑡 )
70
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,3321𝑡 )
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,3507𝑡 )
80
𝑿𝟐
0,9937
0,00160
0,9959
0,00150
0,9984
0,00045
0,9985
0,00043
0,9977
0,00064
0,9685
0,00487
0,9740
0,00430
0,9723
0,00543
0,9684
0,00797
0,9733
0,00569
0,9606
0,00673
0,9654
0,00541
0,9602
0,00721
0,9534
0,9621
0,00586
0,00639
1,5754
(−0,2217 𝑡 )
60
R² (% )
1,5378
𝑅𝑈 = 1,0724 𝑒 (−0,1574𝑡 )
80
Fonte: O autor (2014).
RU = 𝑒 (−0,0484 𝑡)
40
70
Newton
Modelos ajustados
35
Tabela 14 - Parâmetros dos modelos ajustados e os valores de R² e 𝑿𝟐 para as
temperaturas de secagem de beterraba em leito de espuma
Modelos
matemáticos
Temp. (°C)
40
50
Page
60
70
80
H&P
RU = 𝑒
RU = 𝑒
(−0,1035 𝑡 ) 1,4161
(−0,1475 𝑡 ) 1,6306
RU = 𝑒 (−0,2941 𝑡)
RU = 𝑒
𝑿𝟐
0,9824
0,0025
0,9839
0,0024
0,9939
0,0011
0,9931
0,0012
0,9941
0,0010
0,9533
0,0067
0,9631
0,0055
0,9624
0,0068
0,9690
0,0053
0,9640
0,0063
0,9469
0,0076
0,9577
0,0063
0,9492
0,0092
0,9615
0,9538
0,0066
0,0081
1 ,4816
(−0,3364 𝑡 ) 1,5687
(−0,1443𝑡 )
50
𝑅𝑈 = 1,0532𝑒 (−0,2180𝑡 )
60
𝑅𝑈 = 1,0962 𝑒
(−0,3450𝑡 )
70
𝑅𝑈 = 1,0716 𝑒
(−0,4680𝑡 )
80
𝑅𝑈 = 1,0834 𝑒 (−0,5329𝑡 )
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,1352𝑡 )
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,2047𝑡 )
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,3093𝑡 )
70
𝑅𝑈 = 𝑒
(−0,4296𝑡 )
80
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,4827𝑡 )
60
R² (% )
1,5492
𝑅𝑈 = 1,0587 𝑒
50
Fonte: O autor (2014).
RU = 𝑒 (−0,0430 𝑡 )
40
40
Newton
Modelos ajustados
36
Tabela 15 - Parâmetros dos modelos ajustados e os valores de R² e 𝑿𝟐 para as
temperaturas de secagem de morango em leito de espuma
Modelo
Page
H&P
Newton
Temperatura
(°C)
40
Modelos
Ajustados
1,4061
RU = 𝑒 (−0,0591 𝑡)
50
RU = 𝑒 (−0,1084 𝑡)
1,4018
60
RU = 𝑒 (−0,2804 𝑡)
1,3603
70
RU = 𝑒 (−0,2977 𝑡)
1,2828
80
RU = 𝑒 (−0,2994 𝑡)
1,4018
R²
𝝌²
0,9938
0,0009
0,9953
0,0007
0,9971
0,0005
0,9970
0,0005
0,9978
0,0011
40
𝑅𝑈 = 1,0596 𝑒 (−0,1480𝑡 )
0,9765
0,0035
50
𝑅𝑈 = 1,0684 𝑒 (−0,2284𝑡 )
0,9801
0,0031
60
𝑅𝑈 = 1,0679 𝑒 (−0,4237𝑡 )
0,9854
0,0023
70
𝑅𝑈 = 1,0543 𝑒 (−0,4145𝑡 )
0,9880
0,0018
80
𝑅𝑈 = 1,0712 𝑒 (−0,4171𝑡 )
0,9820
0,0031
40
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,1390𝑡 )
0,9709
0,0041
50
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,2121𝑡 )
0,9738
0,0040
60
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,3908𝑡 )
0,9802
0,0031
70
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,3879𝑡 )
0,9843
0,0024
80
𝑅𝑈 = 𝑒 (−0,3902𝑡 )
0,9750
0,0040
Fonte: O autor (2014).
Pode-se observar nas tabelas acima, em termos de coeficiente de
determinação, os modelos de Page, H&P e Newton representam de forma
satisfatória a cinética da secagem de cenoura em leito de espuma, apresentando
R²>0,97. Entretanto, quando se considera também o valor de 𝑋 2 , observa-se que o
modelo de Page foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, apresentando
além do maior valor de R2, o menor valor de 𝑋 2 , como evidenciado por SANTOS et
al., (2010) em secagem de carambola. GÜNHAN et al., (2005) afirma que quanto
menor o valor do qui-quadrado, melhor o ajuste do modelo.
SANTOS et al. (2010) encontrou valores de (R²) satisfatório para os três
modelos sendo que o de Page obteve o valor mais alto em secagem de carambola.
O que condiz com o resultado de JÚNIOR E CORRÊA (1999) em que o modelo
Page é o que melhor representa os dados experimentais, quando comparado com
37
os modelos de Thompson, Exponencial e de Difusão utilizando-se oito termos da
série, em secagem de semente de feijão. ZIELINSKA e MARKOWSKI (2009)
encontraram que o modelo de Page obteve o mesmo R² que o modelo de difusão
com dois termos da série em secagem de cenoura.
Observando os parâmetros k, também denominado como constante de
secagem, nas Tabelas 12 a 15, este apresentou um acréscimo com o aumento da
temperatura, já os parâmetros n e C não obtiveram nenhuma relação com a
temperatura. Foi analisado o parâmetro k com os valores do modelo de Page, já que
o mesmo apresentou um melhor ajuste, em todos os casos. As Figuras 11 a 14
mostram o comportamento dos parâmetros k dentro da faixa de temperatura de
40°C a 80°C, para todas as meterias primas.
Assim por similaridade foi utilizado uma equação genérica da equação de
Arrhenius, foi realizado uma analise de regressão, como pode ser observado a
seguir:
𝑘 = 𝐴𝑒𝑥𝑝 −
𝑘1
𝑘2𝑇
(6)
em que, 𝐴, 𝑘1 e 𝑘2 são parâmetros do modelo.
Figura 11 - Dados experimentais do parâmetro k
da secagem de cenoura em leito de espuma em
função da temperatura ajustados pelo modelo de
Arrhenius. Font e: O autor (2014).
Figura 12 - Dados experimentais do parâmetro k
da secagem de tomate em leito de espuma em
função da temperatura ajustados pelo modelo de
Arrhenius. Font e: O autor (2014).
38
Figura 13 - Dados experimentais do parâmetro k
da secagem de beterraba em leito de espuma
função da temperatura ajustados pelo modelo de
Arrhenius. Font e: O autor (2014).
Figura 14 - Dados experimentais do parâmetro k
da secagem em leito de espuma de morango em
função da temperatura ajustados pelo modelo de
Arrhenius. Font e: O autor (2014).
O modelo de Arrhenius é o melhor modelo para representar a dependência da
difusividade em função da temperatura, pois este modelo provém da equação dos
gases ideais, e representa um crescimento exponencial seguido de uma fase
assintótica. Por similaridade, foi utilizado este modelo para dos parâmetros k, o que
apresentaram um excelente ajuste aos dados com um R² de 0,9253 para cenoura,
0,8914 para tomate, 0,9403 para beterraba e 0,8641 para morango.
Visto que o parâmetro k do modelo de Page varia com a temperatura de
acordo com a equação 6 e que o parâmetro n não varia com a temperatura, foi
utilizado o modelo de Arrhenius para gerar um modelo capaz de estimar a razão de
umidade em função do tempo e da temperatura de secagem, conforme a Eq uação 7:
−𝑘 1
−𝐴𝑒 𝑘 2𝑇
(7)
𝑡𝑛
𝑅𝑈 = 𝑒
Para o ajuste dos parâmetros foram usados todos os pontos experimentais de
todas as temperaturas testadas. Por meio de regressão não linear, as seguintes
equações foram obtidas:
−58249 ,0334 ∙(e
RU = e
RU = e−54086 ,5909 ∙(e
−
4236 ,4217
T
)∙t 1,4465
(8)
−
4324 ,3575
T
)∙t 1,5252
(9)
39
−8926692 ,5786 ∙(e
RU = e
−67941 ,4097 ∙(e
RU = e
−
−
5963 ,0672
T
)∙t 1,5186
(10)
4275 ,1295
T
)∙t 1,3244
(11)
Observa-se que os valores dos coeficientes de determinação apresentaram
valores igual a 0,9963 para cenoura, 0,9878 para tomate, 0,9850 para beterraba e
0,9753 para morango, sendo considerados ajustes excelentes. A comparação entre
os valores de razão de umidade experimental e os valores de razão de umidade
estimados pelos modelos, são representados nas Figuras 15 a 18.
Figura 15 - Comparação entre os valores
razão de umidade experimental da secagem
cenoura em leito de es puma e os valores
razão de umidade estimado pelo modelo
Page generalizado. Fonte: O autor (2014).
de
de
de
de
Figura 16 - Comparação entre os valores de
razão de umidade ex perimental da secagem de
tomate em leito de espuma e os valores de razão
de umidade estimado pelo modelo de Page
generalizado. Fonte: O autor (2014).
Figura 17 - Comparação entre os valores
razão de umidade experimental da secagem
beterraba em leito de espuma e os valores
razão de umidade estimado pelo modelo
Page generalizado. Fonte: O autor (2014).
de
de
de
de
Figura 18 - Comparação entre os valores
razão de umidade experimental secagem
morango em leit o de espuma e os valores
razão de umidade estimado pelo modelo
Page generalizado. Fonte: O autor (2014).
de
de
de
de
40
Pelas Figuras de 15 a 18 é possível observar que os dados estão
aleatoriamente dispersos e próximos a bissetriz que corta os gráficos, apresentando
forte correlação. Isto significa que o modelo representa de forma satisfatória os
dados experimentais de secagem para todas as matérias primas.
Os valores da difusividade efetiva (𝐷𝑒𝑓 ) foram calculados a partir dos dados
experimentais. Para o cálculo da difusão de vapor no interior da cenoura, foi utilizada
a solução analítica da Lei de Fick truncada nos cinco primeiros termos. Os valores
encontrados para cada condição experimental de secagem e matérias primas estão
descritos nas Tabelas 16 a 19.
Tabela 16 - Valores da difusividade efetiva ( 𝑫𝒆𝒇 ) secagem de cenoura em leito de
espuma em diferentes temperaturas de secagem
Temperatura (°C)
40
50
60
70
80
Fonte: O autor (2014).
Def(m² s-1)
-8
9,3374 x 10
9,7807 x 10-8
1,7177 x 10-7
1,7530 x 10-7
2,3319 x 10-7
R²
0,8726
0,8888
0,8774
0,8907
0,8717
Tabela 17 - Valores da difusividade efetiva (𝑫𝒆𝒇 ) secagem de tomate em leito de
espuma em diferentes temperaturas de secagem
Temperatura (°C)
40
50
60
70
80
Fonte: O autor (2014).
Def(m² s-1)
7,1044x 10-8
9,8599x 10-8
1,5010x 10-7
1,5723x 10-7
1,6577x 10-7
R²
0,8602
0,8660
0,8584
0,8446
0,8613
Tabela 18 - Valores da difusividade efetiva (𝑫𝒆𝒇 ) da secagem de beterraba em leito
de espuma em diferentes temperaturas de secagem
Temperatura (°C)
40
50
60
70
80
Fonte: O autor (2014).
D ef(m² s-1)
6,3859 x 10-8
9,5236 x 10-8
1,4566 x 10-8
1,9995 x 10-8
2,2415 x 10-8
R²
0,8718
0,8827
0,8694
0,8915
0,8778
41
Tabela 19 - Valores da difusividade efetiva (𝑫𝒆𝒇 ) em diferentes temperaturas de
secagem
Temperatura (°C)
40
50
60
70
80
Fonte: O autor (2014).
Def(m² s-1)
6,7417 x 10-8
1,0293x 10-7
1,7064x 10-7
1,8366 x 10-7
1,8493x 10-7
R²
0,8750
0,8848
0,8817
0,9074
0,9045
Analisando os resultados encontrados, pôde-se observar que o coeficiente
de difusão aumentou com a elevação da temperatura do ar de secagem em todos os
casos, o que sugere que, para menores temperaturas a emulsão, assim como os
produtos alimentícios respectivos, oferece maiores resistências interna ao transporte
de água, resultando em menores coeficientes de difusão. Dessa forma, a elevação
da temperatura do ar de secagem indica uma maior intensidade do fenômeno de
transporte de água do i nterior para a periferia.
Para a faixa de temperatura estudada, os coeficientes de difusão
apresentaram valores em ordem de grandeza entre 10 -8 e 10-7 m2.s-1. Segundo
ZOGZAS et al. (1996), os valores de 𝐷𝑒𝑓 para produtos alimentícios se encontram
entre 10-11e 10-9 m2.s-1, para a faixa de temperatura em estudo. Os valores obtidos
neste trabalho não condizem com a literatura. No entanto, os dados da literatura
foram obtidos em experimentos de secagem convencional, e nesta o produto, em
geral, se encontra em partes sólidas e o mecanismo de transporte de água no
interior do alimento é governado pela difusão. Já na secagem por leito de espuma o
produto se encontra em uma emulsão do produto com ar, assim o processo sempre
dispõe de água livre e o mecanismo que governa o transporte de água é a
capilaridade, o que acelera o processo de secagem.
As Figuras 19 a 22 mostram os valores do coeficiente de difusão obtidos
durante o experimento em função da temperatura. Esses valores foram ajustados
por meio de uma regressão não linear, sendo utilizado o modelo de Arrhenius. O
modelo de Arrhenius descreve de forma satisfatória os dados apresentados acima,
obtendo coeficientes de determinação apresentaram valores de 0,9254; 0,8481;
0,9610; 0,9096 para cenoura, beterraba, tomate e morango respectivamente, podese observar todos com valor elevado.
42
A energia de ativação é uma barreira que deve ser ultrapassada para que o
processo de difusão possa ser desencadeado no produto (KASHANINEJAD et
al.,2007). Segundo KAYACIER & SINGH (2004), a energia de ativação aumenta
com a diminuição do teor de água do produto durante o processo de secagem. Com
isso o valor da energia de ativação encontrado é uma média dos valores durante o
processo de secagem.
Figura 19 - Valores do coeficiente de difusão da
secagem de cenoura em leito de espuma em
função da temperatura. Fonte: O autor (2014).
Figura 20 - Valores do coeficiente de difusão da
secagem de tomate em leito de espuma em
função da temperatura. Fonte: O autor (2014).
Figura 21 - Valores do coeficiente de difusão da
secagem de beterraba em leit o de espuma em
função da temperatura. Fonte: O autor (2014).
Figura 22 - Valores do coeficiente de difusão da
secagem de morango em leito de es puma em
função da temperatura. Fonte: O autor (2014).
O valor da energia de ativação (𝐸𝑎) encontrado foi de 22,2489; 15,62; 26,93;
18,59 kJ.mol-1, para cenoura, tomate, beterraba e morango. valores próximos
encontrado por BOTELHO et al. (2011), que encontrou um valor de 29,092 kJ.mol-1
para secagem de cenoura por infravermelho, assim como DOYMAZ (2004), que
encontrou valor de energia de ativação de 28,36 kJ.mol-1 para a secagem convectiva
de cenouras.
43
Segundo ZOGZAS et al. (1996), o valor da energia de ativação para
produtos agrícolas varia de 12,7 a 110 kJ.mol-1, o que condiz com os valor de
energia de ativação encontrado.
Análises físico-químicas do pó
A Tabela 20 apresenta os resultados das análises de pH, umidade e acidez
para as amostras e para o pó, obtido após a realização da secagem nas
temperaturas em estudo.
Tabela 20 - Características físico-químicas da cenoura desidratada
Amostras
pH
40°C
5,64
50°C
5,11
60°C
5,95
70°C
5,70
80°C
5,54
Fonte: O autor (2014).
Umidade em base seca
(% )
Acidez (% ácido
cítrico)
14,30
14,50
7,50
6,60
5,80
14,27
15,44
12,55
16,51
17,87
Observa-se que o teor de umidade da amostra de cenoura desidratada
aumenta com a diminuição da temperatura. Entretanto, para as temperaturas de 50
e 60°C houve um significativo acréscimo comparado as outras. Esse valor mais alto
pode estar relacionado com a variação da umidade relativa do ar, no dia em que foi
realizada a secagem.
Analisando os valores de pH encontrados para a amostra in natura e para as
amostras desidratadas na faixa de temperatura de 40 a 80°C, foi possível perceber
que o processo de secagem promoveu um abaixamento nos resultados do pH,
exceto na temperatura de 60°C, que apresentou pH de 5,95. Essa diferença pode
ser justificada por fatores como: variabilidade do lote, grau de maturação e estado
do alimento. Contudo, o fato do pH ter sofrido influência da temperatura e
consequentemente diminuído, está relacionado com a perda de umidade e com a
concentração dos ácidos presentes nas amostras após a desidratação.
Os resultados obtidos para a acidez da cenoura foram expressos em % de
ácido cítrico. Como esperado, o processo de secagem concentrou a acidez das
amostras desidratadas (em pó) nas temperaturas em estudo, apresentando-se
44
superiores a amostra in natura. Esse efeito pode ser explicado pela eliminação de
quase 90% de água na desidratação, variando o conteúdo de umidade, o que afetou
diretamente no valor da acidez total titulável, observado também por ZANATTA et al.
(2010).
5. CONCLUSÕES
A utilização do agente emulsificante Emulstab® para produção de espuma de
cenoura para processo de secagem apresentou redução da densidade e
estabilidade satisfatórias em todos os níveis testados (2,5%, 5%, 7,5% e10% em
massa). Para produção de espuma de morango o Emulstab ® não foi capaz de
produzir espuma, enquanto a albumina produziu uma espuma estável.
O modelo de Midili e o Midili Modificado apresentaram parâmetros não
significativos em todos os casos. Já os demais modelos foram significativos e
apresentaram ajuste satisfatório. Entretanto, o modelo de Page foi o que apresentou
o melhor ajuste, evidenciado pelo elevado valor de R², maior em todos os casos e
confirmado pelo menor valor de qui-quadrado. Portanto o modelo de Page é o
melhor modelo para descrever o processo de secagem em leito de espuma de
cenoura, tomate, beterraba e morango , nas condições avaliadas.
Foi observado que o parâmetro k do modelo de Page apresentou
variabilidade nas diferentes temperaturas de processo, aumentando seu valor com a
elevação da temperatura do ar de secagem, podendo assim ter seus valores
ajustados pelo modelo de Arrhenius obtendo um coeficiente de determinação
superior a 0,97 em todos os casos. Com isso a combinação do modelo de Page
juntamente com o de Arrhenius gerou um novo modelo, para cada matéria prima, da
razão de umidade em função do tempo e temperatura.
Os valores do coeficiente de difusão apresentaram um aumento de acordo
com a elevação da temperatura do ar de secagem, apresentando os resultados na
ordem de grandeza entre 10-8 a 10-7 m² s-1. Isso implica valores de difusividade cerca
de cem vezes maior quando comparado com a secagem convencional. A variação
da difusividade efetiva em função da temperatura pode ser descrita pela equação de
Arrhenius, assim como o parâmetro k. Também foi obtida a energia de ativação e
45
notou-se para todos os experimentos a energia de ativação se encontrava dentro da
faixa de 12,7 a 110 kJ.mol-1.
46
6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
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