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SECAGEM E QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES DE
MARACUJÁ-AMARELO (Passiflora edulis Sims
f. flavicarpa Degener)
VINICIUS DE OLIVEIRA CARLESSO
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE
DARCY RIBEIRO – UENF
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
ABRIL – 2005
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SECAGEM E QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES DE
MARACUJÁ-AMARELO (Passiflora edulis Sims
f. flavicarpa Degener)
VINICIUS DE OLIVEIRA CARLESSO
Tese apresentada ao Centro de
Ciências e Tecnologias Agropecuárias
da Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro, como parte
das exigências para obtenção do
título de Mestre em Produção Vegetal
Orientador: Prof. Pedro Amorim Berbert
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
ABRIL – 2005
SECAGEM E QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES DE
MARACUJÁ-AMARELO (Passiflora edulis Sims
f. flavicarpa Degener)
VINICIUS DE OLIVEIRA CARLESSO
Tese apresentada ao Centro de
Ciências e Tecnologias Agropecuárias
da Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro, como parte
das exigências para obtenção do
título de Mestre em Produção Vegetal
Aprovada em 15 de abril de 2005
Comissão examinadora:
_________________________________________________________________
Professora Lêda Rita D’Antonino Faroni D.S., Agronomia – UFV
_________________________________________________________________
Professor Roberto Ferreira da Silva Ph.D., Horticultura – UENF
_________________________________________________________________
Professora Rozimar de Campos Pereira D.S., Produção Vegetal – ISTCA
_________________________________________________________________
Professor Pedro Amorim Berbert Ph.D., Engenharia Agrícola – UENF
Orientador
“Chegamos a falar da excelente fruta, do maracujá que se não é a rainha, é a
duquesa das frutas pela flor com que a natureza a enobreceu e singularizou,
sobre todas as frutas e flores da terra; pintou o Criador, ao vivo, nesta misteriosa
flor, a lamentável tragédia da sua Paixão, a coluna, os azorragues, os cravos, as
chagas, a coroa, o sangue, com tanta perfeição e viveza, que por isso se chama
flor da paixão” [Frei Antonio do Rosário (1702), citado por Silva e Tassara (2001)].
ii
AGRADECIMENTOS
À Deus, por todas oportunidades que tive.
Aos meus pais, Claudio Miguel e Maria da Penha, por todo amor, carinho,
compreensão e pelas palavras de apoio e incentivo que me deram força e
coragem para chegar até aqui.
À minha namorada Lidiane, pelo carinho companhia e compreensão.
Ao Professor Pedro pela orientação, confiança, amizade, ensinamentos, incentivo
e paciência.
Ao Professor Roberto pelas sugestões, paciência, orientação e amizade.
À todas antigas e novas amizades.
À UENF pela disponibilidade de utilização do espaço acadêmico e laboratórios.
À FAPERJ pela concessão da bolsa.
À todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste
trabalho.
Muito obrigado!
iii
BIOGRAFIA
Vinicius de Oliveira Carlesso, filho de Claudio Miguel Carlesso e Maria da
Penha de Oliveira, nascido em Vitória, Espírito Santo, no dia 01 de fevereiro de
1978.
Iniciou o curso de Técnico em Estradas em março de 1994, na Escola
Técnica Federal do Espírito Santo - UFES, tendo recebido o título de Técnico em
Estradas em dezembro de 1997.
Em fevereiro de 1998 iniciou o curso de Agronomia na Universidade
Federal do Espírito Santo - UFES, onde foi graduado com o título de Engenheiro
Agrônomo em novembro de 2002.
No ano de 2003 iniciou o curso de Pós-Graduação em Produção Vegetal,
em nível de Mestrado, pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy
Ribeiro - UENF.
iv
SUMÁRIO
RESUMO ...............................................................................................................vii
ABSTRACT ............................................................................................................ix
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................01
2. REVISÃO DE LITERATURA .............................................................................05
2.1. Qualidade fisiológica das sementes .........................................................05
2.2. Secagem por convecção ..........................................................................07
2.2.1. Modelos empíricos da secagem .....................................................10
2.2.2. Modelos teóricos da secagem ........................................................19
2.3. Armazenamento e embalagens ................................................................23
3. MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................25
3.1. Avaliação da qualidade fisiológica das sementes ....................................25
3.1.1.Delineamento experimental .............................................................32
v
3.2. Secagem das sementes ...........................................................................35
3.2.1. Modelos matemáticos de secagem ................................................37
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................39
4.1. Avaliação da qualidade fisiológica das sementes ....................................39
4.2. Curvas de secagem das sementes de maracujá-amarelo .......................47
4.3. Modelos matemáticos de secagem em camada fina de
sementes de maracujá-amarelo ...............................................................55
5. RESUMO E CONCLUSÕES .............................................................................61
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................64
vi
RESUMO
CARLESSO, Vinicius de Oliveira; M.S.; Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro; Abril de 2005; Secagem e qualidade fisiológica de
sementes de maracujá-amarelo (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Degener);
Professor Orientador: Pedro Amorim Berbert. Professor Conselheiro: Roberto
Ferreira da Silva.
Este trabalho foi realizado nos Laboratórios de Engenharia Agrícola (LEAG)
e de Fitotecnia (LFIT) do Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias
(CCTA), Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF),
Campos dos Goytacazes, RJ, com os seguintes objetivos: avaliar os efeitos
imediato e latente da temperatura de secagem sobre a qualidade fisiológica de
sementes de maracujá-amarelo; determinar dentre modelos matemáticos pré-
selecionados, aquele que melhor descreve a secagem das sementes e comparar
o efeito de dois tipos de embalagem, vidro e saco de polietileno, na viabilidade
das sementes ao longo de três e seis meses de armazenamento. Para avaliar os
efeitos da temperatura de secagem e das condições de armazenamento, foram
utilizadas sementes
de
frutos maduros de maracujá-amarelo, colhidos no chão e
oriundos de plantio comercial. Para estes testes foram empregados quatro níveis
de temperatura (ambiente à sombra, 30, 35 e 40 ºC), um nível de velocidade do ar
vii
de secagem, 0,8 m s
-1
, e teores de água inicial e final de cerca de 35 e 10 % b.u.,
respectivamente. Os tratamentos de secagem foram realizados em camada
delgada, em protótipo de secador de leito fixo, com fluxo de ar ascendente. A
avaliação da qualidade fisiológica foi feita por meio de testes de vigour e do teste
de germinação. As sementes, depois da secagem, foram acondicionadas nas
embalagens e armazenadas em câmara do tipo B.O.D. a 15±1 ºC, por períodos
de 90 e 180 dias. A análise estatística dos dados foi feita de acordo com
delineamento em quadrado latino 4 x 4, em três repetições. Observou-se que as
temperaturas utilizadas na secagem das sementes não influenciaram no seu
percentual de germinação, determinado pela contagem final do teste padrão de
germinação. Verificou-se também que o armazenamento das sementes por
períodos de 90 e 180 dias resultaram no mesmo vigour pela contagem aos sete
dias, não tendo também influência sobre seu percentual de germinação. Esses
resultados revelam que tanto o percentual de germinação quanto o vigour, na
contagem aos 14 dias, para as condições estudadas, independem se a semente é
seca à sombra ou em temperatura controlada no intervalo entre 30 e 40 ºC. Além
disso, não houve efeito do tipo de embalagem em relação ao vigour e germinação
da sementes.
Nos testes realizados para avaliar a adequação de cinco modelos
matemáticos na predição das curvas de secagem em camada delgada das
sementes de maracujá, utilizou-se sementes provenientes da Fábrica Bela Joana
Sucos e Frutas Ltda, localizada na divisa dos municípios de Campos dos
Goytacazes e São Fidélis-RJ. Nesse experimento foram empregados três níveis
de temperatura (30, 37 e 40 ºC), três níveis de velocidade do ar (0,4; 0,8 e 1,0 m
s
-1
) e dois teores iniciais de água (32,9% e 23,3% b.u.). O modelo que descreveu
de forma mais acurada as curvas de secagem foi o exponencial duplo com quatro
parâmetros. O coeficiente de determinação obtido foi de 0,9056 e o erro padrão
de ajustamento foi igual a 1,4 pontos percentuais de teor de água.
viii
ABSTRACT
CARLESSO, Vinicius de Oliveira; M.Sc.; Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro; April 2005; Drying and physiological quality of seeds of
the yellow passion fruit (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Degener); Supervised
by Pedro Amorim Berbert, and co-supervised by Roberto Ferreira da Silva.
This work was carried out at the Agricultural Engineering and Plant
Sciences Laboratories, Animal and Agricultural Sciences and Technologies
Centre, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF),
Campos dos Goytacazes, RJ, Brazil, and had the following objects: To evaluate
the immediate and latent effects of drying-air temperature on the physiological
quality of seeds of the yellow passion fruit; to choose a best-fit thin-layer drying
equation from pre-selected mathematical models capable of describing the
kinetics of seed drying, and to compare the effect of two types of seed packaging,
airtight glass containers and polyethylene bags, on seed viability during storage for
three and six months. Studies to evaluate the effect of drying-air temperature and
storage conditions on seed quality were performed using seeds removed from ripe
ix
passion fruits collected on the ground in a commercial orchard. Tests were
conducted employing four levels of drying-air temperature (ambient temperature
under shadow, 30, 35, and 40 ºC), one level of drying-air velocity (0.8 m s
-1
), and
initial
and final moisture contents of seeds of 35 and 10% w.b. respectively. Drying
runs were performed in thin-layers in a prototype laboratory drier with an upward
airflow design. The physiological quality of the seeds was assessed through
vigour and standard germination tests. Upon removal from the drier, seeds were
cooled to ambient air temperature, placed in glass containers and polyethylene
bags, and stored in a controlled temperature chamber at 15±1 ºC for 90 and 180
days. Statistical analyses were made according to a 4-by-4 Latin square design
with three replications. Results showed that drying-air temperature had no
significant effect on passion fruit seeds germination, according to the final count of
the standard germination test. 90- and 180-day storage periods produced seeds
of the same vigour based on the count made at the seventh day. Also, the final
germination count was not affected by time of storage. Results revealed that both
seed vigour based on the count made at the fourteenth day and germination were
the same regardless if they were dried at ambient temperature under shadow or
under controlled temperature in the range from 30 to 40 ºC. Besides, the type of
storage container had no effect on passion fruit seeds vigour and germination. In
the tests conducted to evaluate the suitability of five mathematical models to
predict the kinetics of drying, the passion fruit seeds were provided by the Fábrica
Bela Joana Frutas e Sucos Ltda, located on the border of Campos dos
Goytacazes and São Fidélis, Rio de Janeiro State. Tests were performed
employing three levels of drying-air temperature (30, 37, and 40 ºC) and velocity
(0.4, 0.8 and 1.0 m s
-1
), and two levels of initial moisture content of the seeds
(32.9% and 23.3% w.b.). A double exponential equation with four parameters was
the model capable of predicting the drying curves of passion fruit seeds with the
best level of accuracy. The coefficient of determination was 0.9056 and the
standard error of prediction was 1.4 percentage points moisture.
x
1. INTRODUÇÃO
O Brasil se destaca como o principal produtor de maracujá do mundo; no
entanto, o mercado internacional de polpa de maracujá e de suco concentrado é
dominado pelo Equador, Colômbia e Peru, sendo a Alemanha e a Holanda os
principais países importadores desses produtos. Em se tratando do mercado de
fruto in natura, Colômbia, Brasil e Venezuela são os maiores produtores dos
frutos de cor amarela (Souza et al., 2002).
A produção brasileira de maracujá no ano de 2003 foi em torno de
485.000 t, com a cultura ocupando aproximadamente 35.000 ha. A região
Nordeste foi a que mais contribuiu para esta produção, com uma quantidade de
214.000 t e área colhida de 17.000 ha, vindo logo em seguida a região Sudeste,
com uma produção de 197.000 t e área colhida de 10.000 ha. A menor produção
foi a da região Sul, com 16.000 t e área colhida de 1.200 ha (AGRIANUAL, 2004).
O crescimento da cultura do maracujazeiro no Brasil, tanto em área plantada
quanto em produção, vem sendo observado desde meados da década de 80,
mais intensamente a partir do ano de 1986. Este crescimento vem sendo
acompanhado pelo aumento no consumo, porém, com algumas modificações nos
hábitos. Por um longo período, a maior parte da produção era destinada à
indústria (cerca de 70%) e o restante para o mercado de frutas in natura. A partir
do final da década passada, estes valores passaram a ser praticamente invertidos
(Ruggiero, 1998).
2
A principal forma de propagação do maracujazeiro utilizada pelos
produtores brasileiros é a sexuada, ou seja, via seminífera. Pode-se afirmar que
na quase totalidade dos casos de plantios comerciais, os pomares são formados
a partir de mudas geradas de sementes. Observa-se que, em geral, essas mudas
podem ser transportadas definitivamente para o campo com até quatro meses de
antecedência em relação àquelas formadas por enxertia. No entanto, tem-se
constatado que em até 17 semanas depois do plantio das mudas no campo, não
há diferença no crescimento do maracujazeiro em função do método de
propagação utilizado. Sendo assim, apesar de as mudas formadas a partir de
sementes serem mais vigorosas e garantirem maior diversidade genética ao
pomar que as mudas formadas por via vegetativa, o crescimento da cultura no
campo independe do método de propagação (Almeida et al., 1991; Maldonado,
1991; Lima e Trindade, 2002).
Muitas vezes a propagação é realizada sem que se tenha preocupação
com os critérios de seleção dessas sementes. Além disso, as sementes são
geralmente secas à sombra ou pleno sol, sem que haja nenhum controle em
relação às condições de temperatura, umidade relativa (UR) e velocidade do ar de
secagem. Como conseqüência, isso pode acarretar em baixa porcentagem de
germinação das sementes ou plantas pouco vigorosas, baixa produtividade da
lavoura e grande variabilidade nas características físicas dos frutos, fatores esses
indesejáveis por parte dos produtores. Devido a este fato torna-se importante
conhecer as melhores e mais eficientes técnicas de secagem das sementes.
Brooker et al. (1982) afirmam que a secagem artificial de produtos
agrícolas apresenta as seguintes vantagens: 1. Permite a antecipação da colheita;
2. Possibilita a armazenagem de produtos por períodos mais prolongados, com
redução do perigo de deterioração; 3. Auxilia na manutenção do poder
germinativo das sementes por períodos mais prolongados; 4. Contribui no sentido
de reduzir o desenvolvimento de microorganismos e insetos e 5. Minimização da
perda do produto no campo.
Enquanto que para as sementes de cereais, oleaginosas e café é possível
encontrar informações na literatura a respeito da influência dos parâmetros de
secagem sobre sua qualidade fisiológica, para as sementes de fruteiras, apesar
da grande demanda por informações, as pesquisas que incluem o estudo dos
processos de transferência de calor e massa, em termos da engenharia do pré-
3
processamento, são ainda incipientes, não apresentando resultados além
daqueles obtidos em estufas de secagem com convecção natural ou forçada, em
que, além da temperatura, não há o controle efetivo das demais variáveis
envolvidas no processo.
O teor de água das sementes de maracujá, após terem sido extraídas dos
frutos e
lavadas,
encontra-se
geralmente em
torno
de
30%
b.u.
Sabe-se que o
armazenamento de sementes por períodos prolongados e com teores de água
elevados é praticamente inviável, pois nessas condições o metabolismo das
sementes continua intenso, o que faz com que elas consumam suas reservas. Se
forem armazenadas em baixas temperaturas com este teor de água, além dos
custos elevados, suas estruturas celulares podem ser danificadas.
Portanto, além da secagem, outro fator importante na produção de mudas
a partir de sementes é o seu armazenamento. Piza Júnior (1991), citado por
Bruckner e Picanço (2001), relata que até o quinto mês a partir da extração das
sementes, a perda do poder germinativo é lenta, tornando-se mais rápida a partir
daí; aos 12 meses o poder germinativo já é muito baixo. Ruggiero (1998) obteve
resultados divergentes e que o levaram a recomendar que se utilizem sementes
novas, pois o poder germinativo das sementes dessa cultura decairia muito
rapidamente, podendo passar de cerca de 90% logo depois da colheita para
valores inferiores a 20% após seis meses de armazenamento.
Almeida et al. (1987) concluíram que sementes conservadas em condição
ambiente e armazenadas em sacos de papel, apresentaram, após um período de
12 meses, porcentagem de germinação igual a zero. Nakagawa et al.
(1991),
estudando diferentes condições de armazenamento de sementes de maracujá
com percentagem inicial de germinação de 75%, observaram que aquelas
armazenadas em câmara fria a cerca de 5 ºC e embaladas em saco duplo de
polietileno, apresentaram resultados mais satisfatórios que as sementes
submetidas aos outros tratamentos (ambiente natural de laboratório e câmara
seca com UR de aproximadamente 40%), chegando ao final do período com
cerca de 5 anos de armazenamento, com porcentagem de germinação de 60%.
As sementes foram secas à sombra por 10 dias e apresentavam teor de água
igual a 9,6% b.u.
Verifica-se, portanto, que além da falta de informações sobre o processo
de secagem, existe também uma relação que precisa ser melhor avaliada, que é
4
aquela existente entre as condições de armazenamento e o período de viabilidade
das sementes de maracujá-amarelo, de forma a estender esse período e
proporcionar um produto final de melhor qualidade.
Diante desse quadro, procurou-se, no presente trabalho, investigar os
seguintes aspectos relacionados ao processamento de sementes de maracujá-
amarelo (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Degener): 1. Avaliar os efeitos
imediato e latente da temperatura de secagem sobre a qualidade fisiológica das
sementes; 2. Determinar dentre modelos matemáticos pré-selecionados, aquele
que melhor descreve a secagem das sementes e, 3. Comparar o efeito de dois
tipos de embalagem, vidro e saco de polietileno, na viabilidade das sementes
depois de três e seis meses de armazenamento.
5
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Qualidade fisiológica das sementes
A obtenção de sementes é uma técnica aparentemente simples, porém,
necessita de algumas práticas que serão fundamentais para o seu sucesso. A
compra das sementes ainda não é muito praticada por produtores, até porque
existem receios quanto à disseminação de patógenos. O importante, nesse caso,
é que o produtor faça uma seleção criteriosa das plantas que fornecerão os frutos
para a coleta das sementes (Sousa e Meletti, 1997).
Inicialmente, recomenda-se que os frutos coletados sejam oriundos de um
maior número possível de plantas. Depois da coleta, procede-se à abertura
(corte) do fruto e a extração das sementes. O corte é feito sem que a lâmina
atravesse as sementes, de forma a evitar a ocorrência de danos mecânicos.
Conseqüentemente, ao se retirar as sementes de dentro dos frutos, virão consigo
os restos placentários, o suco e a mucilagem que envolve a semente (Figura 1),
também conhecida como arilo. Apresenta-se, na Figura 2, a ilustração de
sementes de maracujá com e sem o arilo. Para melhores resultados em relação à
germinação é importante se separar todo esse material das sementes.
Para essa separação, de acordo com Lima e Trindade (2002), as sementes
podem ser postas para fermentar naturalmente em recipiente de vidro ou louça
durante períodos que variam de 2 a 6 dias. Pode-se, também, utilizar um
despolpador adaptado a um liquidificador ou deixá-las secar no interior dos frutos.
6
Bono et al. (2003) compararam a germinação de sementes provenientes de
frutos maduros e de frutos murchos e verificaram que, no primeiro caso, havia a
necessidade de remoção do arilo. Porém, quando as sementes eram
provenientes de frutos murchos, a presença ou ausência do arilo não influenciava
o processo germinativo.
Martins et al. (2003), trabalhando com sementes de maracujazeiro doce
(Passiflora alata Curtis), utilizaram diferentes métodos de extração do arilo. Entre
eles, remoção com areia, remoção com soda cáustica e fermentação durante um
período de 5 dias, demonstrando que o método de extração com areia foi o mais
eficiente para a germinação.
Figura 1. Sementes de maracujá envoltas em restos placentários, suco e arilo.
Figura 2. Sementes de maracujá com e sem o arilo.
7
Com o objetivo de estudar a influência da fermentação e da secagem no
potencial de germinação de sementes de maracujá-amarelo, São José e
Nakagawa (1987) testaram a fermentação de sementes com e sem arilo por
períodos variando entre 2 e 6 dias. Concluíram que a presença do arilo contribuiu
para reduzir a porcentagem de germinação e que a qualidade da semente não foi
afetada pelo processo fermentativo, nem tampouco pela duração do período de
fermentação.
2.2. Secagem por convecção
O aumento pelo interesse no emprego e estudo da secagem artificial de
grandes volumes de grãos com movimentação do ar, natural ou forçada, em
contraposição à secagem natural, na própria planta ou no campo de cultivo, teve
início quando os métodos tradicionais de colheita manual passaram a ser
rapidamente substituídos pela colheita mecanizada, com o surgimento das
primeiras colhedeiras combinadas no mercado dos países desenvolvidos no final
da década de 40 do século passado. Desde então, a capacidade de plantio e
colheita mecanizados passaram a exceder a capacidade instalada de secagem.
Desta forma, a única alternativa à secagem artificial seria permitir que o teor de
água fosse reduzido mantendo-se os grãos na própria planta ou no campo por
períodos mais longos. Como essa opção apresentava riscos consideráveis de
comprometimento da qualidade do produto, principalmente pela criação de
condições adequadas para o desenvolvimento de fungos e deterioração
resultante da infestação por insetos, a secagem natural foi caindo em desuso.
O processo de secagem pode ser definido de diversas maneiras,
dependendo do enfoque que se lhe deseja dar. Nos estudos teóricos de
secagem, dá-se ênfase aos mecanismos de transferência de calor e massa.
Sendo assim, a secagem pode ser definida como o processo no qual ocorrem
transferências simultâneas de energia e massa entre o produto e o meio utilizado
para secá-lo, que geralmente é o ar. Outras vezes, entretanto, a secagem é
definida como a operação unitária que leva à redução do teor de água do produto
até que seja atingido um nível seguro para o seu armazenamento. Entende-se
como seguro o teor de água abaixo do qual a atividade de microrganismos é
inibida, não sendo necessariamente eliminada (Dalpasquale, 1984).
8
Na secagem artificial de sementes com ventilação forçada, o ar é
movimentado mecanicamente por meio de ventiladores e utilizam-se diversos
tipos de secadores por convecção, que podem operar tanto em altas quanto em
baixas temperaturas (Silva et al., 2000). Na secagem por convecção, a condição
de contorno está associada à taxa de transferência de vapor d’água através da
superfície do produto. Desta forma, se uma massa de ar seco passa pela
superfície de um sólido que contém água, a perda de água ocorre devido à
evaporação na superfície (Crank, 1975).
De acordo com Queiroz et al. (1985) são dois os métodos comumente
utilizados para analisar a secagem de produtos biológicos: o empírico e o teórico.
O método empírico consiste em formar grupos físicos adimensionais que podem
ser facilmente investigados por experimentos de laboratório e baseia-se nas
condições externas, como temperatura, razão da mistura e velocidade do ar de
secagem. Entretanto, não fornece indicação sobre o transporte de energia e de
água no interior dos produtos. O modelos empíricos de secagem negligenciam os
fundamentos do processo e, embora possam descrever a curva de secagem para
as condições do experimento, não podem dar uma visão clara e exata dos
importantes processos que ocorrem durante a secagem. Os métodos teóricos
usados para descrever o processo de secagem são baseados em leis físicas que
tentam explicar o mecanismo de transferência de água. A maior dificuldade da
aplicação dos métodos teóricos à secagem de sementes de fruteiras consiste na
necessidade de se determinar o coeficiente de difusão da água líquida ou do
vapor d’água, D, em seu interior; além disso, como raramente o valor de D é
constante, é preciso criar modelos matemáticos para correlacioná-los às variáveis
independentes teor de água e temperatura, o que dificulta a utilização das
equações derivadas de métodos teóricos. Expressões empíricas, semi-teóricas ou
puramente teóricas para a secagem de sementes de fruteiras raramente são
encontradas na literatura.
Ainda de acordo com Queiroz et al. (1985), modelos semi-teóricos de
secagem em camada delgada seriam aqueles que concorreriam para que
houvesse harmonia entre a teoria e a facilidade de uso. A secagem em camada
delgada refere-se ao processo no qual o material a ser seco está inteiramente
exposto às condições constantes do ar que se move através dele.
9
As características de secagem das sementes dependem das propriedades
físicas da espécie considerada; no entanto, há outros fatores que influenciam a
taxa de remoção de água durante a secagem. Alguns produtos biológicos,
quando secos com ar sob condições constantes exibem, no início do processo,
uma taxa constante de perda de água e, em seguida, uma fase em que essa taxa
passa a ser decrescente.
A taxa de secagem de alguns desses produtos, principalmente daqueles
com teores iniciais de água maiores que 70% b.u. pode, no início do processo, ser
controlada somente pelos seguintes parâmetros da mistura ar seco e vapor
d’água: velocidade, temperatura e razão da mistura (kg
vapor
kg
ar seco
-1
). O produto
se comporta como se sua superfície estivesse coberta por uma fina camada de
água. Nesse caso, a pressão de vapor d’água (Pv) na superfície é igual à
pressão de vapor da água livre, à temperatura de bulbo molhado. Se as
condições psicrométricas do ar são constantes, a taxa de secagem também será
constante. Este fenômeno pode ser observado em produtos para os quais a
resistência interna ao transporte de água é muito menor que a resistência externa
à remoção de vapor d’água da superfície do produto (Brooker et al., 1992).
Nos casos em que as sementes de fruteiras são lavadas, para ser então
submetidas
à
pré-secagem
para
eliminação
do
filme
d’água
superficial,
devido ao
valor relativamente reduzido do teor de água inicial, o processo de transferência
de massa é governado exclusivamente por processos de difusão interna de água
ou vapor e ocorre totalmente na fase conhecida como secagem à taxa
decrescente.
O teor de água no qual a taxa de secagem passa de constante para
decrescente é chamado de teor crítico de água, cujo valor depende das
características do sólido, tais como tamanho e forma e também das condições de
secagem. Durante o período de secagem à taxa decrescente, não se pode mais
considerar que exista um filme de água cobrindo o sólido, porque a resistência
interna ao transporte de água torna-se maior do que a resistência externa. À
medida que o teor de água diminui além do ponto crítico, a força motriz do
processo de secagem,
∆
P
v
, também diminui porque a pressão de vapor à
temperatura de bulbo seco na superfície do produto, P
vbs
, torna-se inferior à
pressão de vapor de saturação à temperatura de bulbo molhado, P
vbm
.
Conseqüentemente, há também uma redução na taxa de secagem. Além disso,
10
ocorre a formação de um gradiente de teor de água no interior do produto e a
temperatura deste aumenta acima da temperatura de bulbo molhado, tendendo
assintoticamente à temperatura do ar de secagem (Brooker et al., 1992).
A estimativa da taxa de secagem de produtos biológicos é mais complexa
durante o período à taxa decrescente que durante o período à taxa constante.
Além dos mecanismos de transferência externa (transferência convectiva de
energia e massa por convecção), há que se considerar os mecanismos de
transferência dentro do sólido (difusão de massa e energia). Embora diversas
teorias tenham sido propostas e várias equações tenham sido elaboradas para
predizer a variação do teor de água durante a secagem de produtos agrícolas no
período à taxa decrescente, é possível afirmar que apenas relações empíricas ou
semiteóricas têm sido utilizadas nos projetos de secadores.
Ao longo das últimas décadas, muito tem sido escrito sobre a teoria de
secagem no período à taxa decrescente em materiais capilares porosos (areia e
cerâmica), produtos coloidais não-porosos (sabão e náilon) e materiais capilares
porosos higroscópicos (tecidos vegetais), como nos trabalhos de Keey e Suzuki
(1974), Peck e Wasan (1974), Berger e Pei (1975), Whitaker (1980) e Fortes e
Okos (1980). Entretanto, Brooker et al. (1992) sugerem que esses autores
estariam apenas reescrevendo, utilizando métodos matemáticos mais complexos,
tudo o que já se conhecia sobre a teoria de secagem desde as décadas de 1950
e 1960, principalmente a partir dos trabalhos de Philip e DeVries (1957), Krischer
(1963), citado por Fortes e Okos (1980) e Luikov (1966). Ainda de acordo com
Brooker et al. (1992), o modelo de Luikov e em menor escala o de Philip-DeVries,
dispõem dos melhores mecanismos para a compreensão do processo de
secagem de produtos compostos por materiais capilares porosos higroscópicos,
como é o caso das sementes.
2.2.1. Modelos empíricos de secagem
Praticamente, todas as abordagens empíricas a respeito da secagem de
produtos agrícolas granulares basearam-se nas investigações primordiais de
Lewis (1921) e Sherwood (1936) sobre a secagem de sólidos por convecção. De
acordo com Lewis (1921), a equação que representa o movimento de líquido ou
vapor em um sólido durante o período de secagem à taxa decrescente é obtida
11
utilizando-se a Lei de Newton para o aquecimento e/ou resfriamento, ou seja, a
taxa de variação da temperatura de um corpo circundado por um fluido à
temperatura constante, é proporcional à diferença de temperatura entre eles,
desde que essa diferença seja pequena:
( )
e
dt
d
θ−θξ−=
θ
(1)
em que:
ξ
= constante de resfriamento ou aquecimento;
θ
= temperatura do produto em qualquer tempo t;
θ
e
= temperatura do meio que envolve o produto.
A Equação (1) é uma equação diferencial linear de primeira ordem, cuja
solução pode ser obtida por separação de variáveis e posterior integração,
resultando na equação exponencial mostrada a seguir.
t
e0
e
e
ξ−
=
θ−θ
θ−θ
(2)
Ao verificar que a taxa de perda de água de um sólido granular envolto em
uma massa de ar é proporcional à diferença entre o teor de água do sólido e o
seu teor de água de equilíbrio, Lewis (1921) obteve a seguinte equação
diferencial:
( )
e
U U k
dt
Ud
−=
(3)
Por separação de variáveis e posterior integração, considerando-se as
condições iniciais e de contorno apropriadas para uma equação de difusão,
obteve-se a seguinte equação geral de secagem sob condições constantes:
t
e
e
UU
lnkt
UU
−
=−
−
0
(4)
ou
12
( )
t
e
e
UU
expkt
UU
−
=−
−
0
(5)
em que:
k =
constante de proporcionalidade ou constante de secagem, s
-1
;
U
t
= teor médio de água em qualquer instante t, decimal b.s.;
U
e
= teor de água na condição de equilíbrio, decimal b.s.;
U
0
= teor de água inicial, decimal b.s.
Observando-se as Equações (2) e (5), é possível verificar a analogia entre
as equações que representam a Lei de Newton para o Resfriamento e a Equação
de Lewis para a difusão, respectivamente. Devido à razoável aproximação entre
os valores medidos experimentalmente e aqueles calculados pela Equação (5),
também conhecida como Lei Exponencial ou Modelo Logaritmo de secagem,
passou-se a considerá-la como uma equação que descreve de forma aceitável os
fenômenos de transferência de calor e massa durante a secagem por convecção
de produtos capilares porosos. O valor de [(U
t
– U
e
)/(U
0
– U
e
)] é geralmente
conhecido como razão de umidade, RU, ou adimensional de umidade. O
numerador representa a quantidade de água que ainda pode ser removida ou a
quantidade de água livre em qualquer tempo t, enquanto o denominador
representa a quantidade total de água disponível para ser retirada pela secagem.
No entanto, Hustrulid e Flikke (1959) empregaram a Equação (5) para
estudar a secagem em camada delgada de grãos de milho a 88 °C e 10% de
umidade relativa e verificaram que, na primeira hora de secagem, quando o teor
de água era reduzido de 22 para 13% b.u., o modelo logarítmico superestimava a
taxa de secagem, resultando em valores extremamente reduzidos de teor de água
em comparação com os resultados obtidos experimentalmente. Para as demais
seis horas de secagem, quando o teor de água foi reduzido para o valor final de
6,5% b.u., o desempenho do modelo foi considerado satisfatório.
De acordo com Parry (1985), apesar de a Equação (5) haver sido deduzida
a partir da teoria da difusão, considerou-se que a resistência à transferência de
massa ocorresse principalmente numa camada delgada superficial do produto, o
que nem sempre ocorre. McEwen et al. (1954) interpretaram essa camada fina
como sendo a camada aleurônica do grão de trigo, localizada entre o pericarpo e
13
o endosperma do grão. No entanto, Babbitt (1949) já havia demonstrado que a
camada muito mais espessa do endosperma é o fator limitante para a difusão.
Além disso, Brooker et al. (1992) afirmam que o modelo exponencial emula de
forma pouco satisfatória a curva de secagem; que o modelo prediz valores muito
reduzidos para a taxa inicial de secagem e que o valor limite, ou seja, o teor de
água de equilíbrio, é alcançado muito rapidamente, o que não condiz com as
observações experimentais.
Sherwood (1936) foi o primeiro a postular que o processo de secagem
poderia ser dividido em três estágios distintos, classificados de acordo com a
variação da taxa de secagem, desde que a operação se realizasse sob condições
constantes. De acordo com essa classificação, no primeiro estágio, conhecido
como secagem à taxa constante, a superfície do sólido permaneceria
completamente molhada e a evaporação seria similar a que ocorre numa
superfície de água livre, desde que a área fosse mantida constante. A seguir,
teria início o primeiro período de secagem à taxa decrescente, no qual ocorreria
uma redução gradual da superfície molhada; a taxa de secagem nesse estágio
seria diretamente proporcional à fração da superfície que permanecesse molhada;
no próximo estágio, denominado de segundo período de secagem à taxa
decrescente, a taxa de transferência de vapor d’água do interior do sólido para
sua superfície passaria a ser o mecanismo que controla a transferência de massa
durante o processo. O teor crítico de água seria aquele correspondente ao
término da secagem à taxa constante e início do primeiro período à taxa
decrescente. Caso o teor de água inicial seja inferior ao teor de água crítico, todo
o processo de secagem ocorreria no período à taxa decrescente.
Page (1949), ao avaliar os fatores com influência significativa sobre a taxa
máxima de secagem por convecção de grãos de milho em camada delgada e ao
comparar os resultados obtidos experimentalmente com aqueles obtidos com o
modelo exponencial, propôs a seguinte equação de secagem:
( )
t
e
e
UU
expk't
UU
ζ
−
=−
−
0
(6)
em que:
k’
=
constante modificada de secagem;
ζ
= constante que depende da UR e temperatura do ar de secagem.
14
Apesar de a taxa de secagem obtida com a Equação (6) apresentar
valores muito elevados no início do processo, normalmente considera-se que,
para sementes, a curva obtida com Equação de Page representa melhor a curva
de secagem experimental que o modelo exponencial. Os termos k, k’ e
ζ
dependem do tipo de produto, de sua temperatura e, em alguns casos, da cultivar
e da umidade relativa do ar.
Rodriguez-Arias e Hall (1958) avaliaram a taxa de remoção de água
durante a secagem por convecção de sementes de milho em camada delgada e
verificaram que o processo podia ser descrito de maneira análoga à Lei de
Resfriamento de Newton; observaram, no entanto, que a aplicação do modelo
proposto por Page (1949) resultava em curvas de secagem que podiam ser
divididas em até cinco segmentos lineares em gráfico semi-logarítmico, com
valores progressivamente decrescentes de k’ nas primeiras 72 h de secagem.
Concluíram que os principais fatores que influenciam a taxa de secagem, em
ordem decrescente de importância, são a temperatura, o teor de água inicial do
produto e a razão da mistura do ar de secagem.
W. Simmonds, G. Ward e Ewen McEwen, formaram um dos grupos
pioneiros de pesquisa para avaliação científica do processo de secagem de
produtos agrícolas ao verificarem a inexistência de estudos que pudessem
explicar a variação da taxa de secagem em função das variáveis geralmente
associadas ao processo, quais sejam, as propriedades psicrométricas da mistura
ar seco e vapor d’água, a vazão do ar de secagem e algumas das propriedades
dos produtos granulares, tais como, os teores de água inicial e final, sua
temperatura e a porosidade da massa de grãos. Foi no primeiro trabalho
publicado pelos integrantes desse grupo de pesquisa da Universidade de
Durham, UK, Simmonds et al. (1953), que foram estabelecidos diversos dos
critérios de avaliação do processo de secagem que ainda hoje são utilizados pela
maioria dos pesquisadores para equacionar a taxa de remoção de água de grãos
e sementes. Entre esses critérios pode-se citar o estabelecimento do termo
secagem em camada fina ou delgada, que passou a designar apenas os
procedimentos de secagem em que a profundidade da camada é correspondente
ao tamanho de um grão.
Critérios hoje amplamente estabelecidos, como o fato de os testes
experimentais deverem se prolongar até as curvas de secagem se aproximarem
15
assintoticamente de um valor constante, conhecido como teor de água de
equilíbrio, também foram instituídos pelo mesmo grupo de pesquisadores. Da
mesma forma, observou-se que a velocidade do ar (0,15 a 0,80 m s
-1
) não teve
influência sobre a taxa de secagem de sementes de trigo: quadruplicando-se a
velocidade do ar, não se observou qualquer efeito sobre a taxa de secagem em
seu período decrescente. No entanto, observou-se, para velocidade de 0,16 m s
-1
,
que o aumento da temperatura do ar no intervalo entre 21 e 77 °C resultava em
aumento da taxa de secagem e redução do teor de água de equilíbrio.
O efeito da razão da mistura do ar (0,0078; 0,0220 e 0,0300 kg kg
-1
) foi
avaliado injetando-se quantidades controladas de vapor d’água no ar de
secagem. Verificou-se que o aumento da razão da mistura diminuiu a taxa de
secagem, mas o efeito foi menor que o da temperatura. Aumentos de três a
quatro vezes na razão da mistura foram equivalentes ao efeito que se obtém
reduzindo-se em 28 ºC a temperatura do ar de secagem. Simmonds et al. (1953)
estudaram também o efeito do tamanho da semente sobre a taxa de secagem e
verificaram que, para o trigo, a taxa é inversamente proporcional ao diâmetro
médio das sementes.
Apresenta-se, a seguir, o modelo matemático de predição da taxa de
secagem de uma camada delgada de grãos de trigo proposto por Simmonds et al.
(1953) e que foi desenvolvido levando-se em consideração os efeitos da
velocidade, temperatura e razão da mistura do ar de secagem, do tamanho médio
dos grão e de sua taxa de redução de volume no decorrer da secagem. Nesse
trabalho o teor de água inicial do produto era de cerca de 40% b.u. e cada teste
só era interrompido quando a pressão de vapor no interior dos grãos se igualava
à pressão parcial de vapor d’água no ar de secagem, ou seja, na condição de
equilíbrio higroscópico. O modelo matemático de secagem representado pela
Equação (7) é conhecido também como Modelo Exponencial Simples de Dois
Parâmetros.
RU = a exp(-k
2
t) (7)
É interessante notar que a maioria dos autores que tentaram ajustar
resultados obtidos em procedimentos experimentais de secagem de produtos
agrícolas em camada delgada ao modelo matemático descrito pela Equação (7), o
16
tenham feito considerando que essa equação havia sido desenvolvida por
Henderson e Pabis (1961). Na realidade, esses autores apenas avalizaram sua
utilização ao afirmar que a maioria dos pesquisadores empregavam com sucesso
o modelo proposto por Simmonds et al. (1953) para descrever a secagem de
grãos em camada delgada. A contribuição de Henderson e Pabis (1961), no
entanto, foi mostrar que os coeficientes genéricos de secagem, k, não eram
constantes e sim dependentes da temperatura do ar e dos mecanismos de
difusão de água ou vapor d’água no interior das sementes.
Equações de secagem em camada delgada puramente empíricas têm sido
usadas com mais freqüência para grãos e sementes que para os demais produtos
agrícolas, pois elas representam com maior precisão o processo de secagem que
qualquer das equações teóricas desenvolvidas posteriormente (Brooker et al.,
1992).
Um outro exemplo de equação empírica, além dos modelos de Lewis, Page
e Simmonds, é a equação proposta por Thompson et al. (1968) para sementes de
milho e que tem tido relativo sucesso na simulação da secagem de diversos
outros produtos agrícolas, em que A e B são constantes que dependem do tipo de
produto e são geralmente expressas em função da temperatura e do teor de
água.
( )
[
]
2
RUlnBln(RU) At
+=
(8)
Os resultados dos testes experimentais que possibilitaram a derivação da
Equação (8) mostraram que tanto o fluxo de ar quanto a variedade de milho
utilizada não tiveram influência significativa sobre a taxa de secagem. Thompson
et al. (1969), ao compararem os valores estimados pelas Equações (6) e (8),
verificaram que o modelo exponencial de Page apresentava desempenho inferior
àquele obtido com o emprego da Equação (8) na simulação da secagem de
camadas delgadas de sementes de milho.
De acordo com Berbert et al. (1995), a inovação da proposta de Thompson
et al. (1968) consistiu na apresentação de um modelo para simulação de
secagem em camada espessa, baseado em uma equação empírica de secagem
em camada delgada, Equação (8), e nas leis de transferência simultânea de
energia e massa. Utilizou-se como artifício, a divisão do processo de secagem
17
em vários sub-processos. A camada espessa de sementes foi subdivida em
camadas de espessura reduzida, dispostas umas sobre as outras. As variações
nas condições do ar e do grão, foram calculadas com base em pequenos
incrementos de tempo. O procedimento inovador de Thompson et al. (1968)
permitiu, pela primeira vez, utilizar uma equação de secagem em camada delgada
para predizer o desempenho de secadores de fluxos cruzados, concorrentes,
contracorrentes e em camada fixa, possibilitando estudar diversos aspectos da
secagem por convecção que seriam praticamente impossíveis de se avaliar tanto
em laboratório quanto em condições de campo. Os resultados da simulação de
secagem passaram também a ser utilizados no projeto e construção de novos
secadores.
Em função dos resultados acurados que tem proporcionado na predição
da variação de RU em função do tempo, para os mais variados tipos de produtos
(sementes de arroz e melão, milho em espiga, cereja, fatias de alho, cenoura e
berinjela e folhas de plantas medicinais), diversos pesquisadores (Henderson,
1974; Sharaf-Eldeen et al., 1980; Noomhorm e Verma, 1986; Ezeiki e Otten, 1991;
Rahman e Perera, 1996; Ertekin e Yaldiz, 2004) têm utilizado os modelos
representados pelas Equações (9) e (10) para avaliação da cinética de secagem
de produtos agrícolas. Na realidade, ambas equações podem ser consideradas
modificações do modelo original proposto por
Simmonds
et
al. (1953), com a
inclusão de um segundo coeficiente no caso da Equação (9) e de um segundo
termo exponencial no caso da Equação (10). Madamba et al. (1996) afirmam que
a equação (10) foi obtida por Glenn (1978) e é parte de uma série infinita de
expoentes negativos, havendo sido derivada da solução geral da equação de
difusão. Os modelos matemáticos de secagem representados pelas Equações (9)
e (10) são conhecidas normalmente como Modelos Exponenciais Simples de três
parâmetros e Duplo de quatro parâmetros, respectivamente.
RU = a
1
exp(-k
3
t) + b (9)
RU = a
2
exp(-k
4
t) + c exp(-k
5
t) (10)
Os modelos empíricos apresentados anteriormente, à exceção do Modelo
de Thompson et al. (1968), em que RU não é a variável independente, serão
18
avaliados quanto a sua capacidade de simular a secagem de sementes de
maracujá-amarelo com grau de acurácia aceitável em termos de engenharia. A
escolha dos melhores modelos será feita mediante análise de regressão, análise
de erros e avaliação de demais parâmetros estatísticos que auxiliam na escolha
da equação que melhor representa os dados experimentais.
Consultando-se a literatura disponível sobre o emprego de modelos
empíricos de simulação de secagem de produtos agrícolas em camada delgada
verifica-se que, em mais de 200 trabalhos, publicados nos últimos 40 anos,
utilizam-se não mais que quinze tipos de modelos para descrição da cinética de
secagem. Além disso, a maioria dos chamados “novos” modelos não passam de
adaptações aos modelos propostos originalmente por Lewis (1921), Page (1949)
e Simmonds et al. (1953). Dentre esses quinze modelos, praticamente a metade
foi desenvolvida para produtos agrícolas com estruturas celulares, formato e
dimensões que diferem em muito das sementes de maracujá, como é o caso do
café, plantas medicinais, aromáticas e condimentares e de fatias de frutas. Sendo
assim, optou-se por avaliar a adequação apenas daqueles modelos utilizados
com maior freqüência em virtude de seu sucesso no ajuste aos resultados
experimentais obtidos na secagem de grãos e sementes de cereais e
oleaginosas.
Nos métodos modernos de desenvolvimento de novos tipos de secadores
para grãos e sementes é imprescindível a utilização de modelos matemáticos que
possam descrever, além da taxa de transferência de calor em qualquer momento
durante o processo, a taxa de transferência de massa que ocorre entre o ar de
secagem e o produto, processo também conhecido como cinemática da secagem
(Erenturk et al., 2004). É interessante reafirmar que a possibilidade de simular o
processo de secagem sem que seja necessário construir e testar diversos
protótipos de secadores traz diversos benefícios, além da redução no tempo
necessário para o seu desenvolvimento. Os modelos de simulação permitem
avaliar o efeito de qualquer combinação das variáveis envolvidas no grau de
uniformidade, no teor de água final das sementes, na eficiência do processo em
termos energéticos (kJ por kg de água evaporada) e na relação custo/benefício
dos diversos métodos de secagem.
19
2.2.2. Modelos teóricos de secagem
Fortes e Okos (1980) relacionam os vários mecanismos físicos propostos
para descrever a transferência de água em produtos higroscópicos capilares
porosos, em produtos coloidais não-porosos e em sólidos celulares em que a
água presente encontra-se ligada nas mais diversas formas aos constituintes do
sólido. A transferência de água no material inclui processos de difusão de líquido,
difusão de vapor, fluxo hidrodinâmico e outros processos de transferência
mencionados a seguir:
1.
Difusão de líquido devido ao gradiente de concentração;
2.
Difusão de vapor devido ao gradiente de pressão parcial (causado pelo gradiente
de temperatura);
3.
Movimento de líquido devido às forças capilares e de vapor devido à diferença
de concentração de vapor;
4.
Difusão de vapor e líquido devido ao gradiente de concentração e de
temperatura. O fluxo de vapor ocorre por difusão, efusão e por filtração, quando
sob gradiente de pressão. O transporte de líquido ocorre por difusão, absorção
capilar e por filtração;
5.
Escoamento por efusão (escoamento de Knudsen), que ocorre quando o
caminho livre para as moléculas de vapor é da ordem do diâmetro dos poros.
Esse mecanismo só é importante para condições de alto vácuo;
6.
Movimento de líquido por fluxo capilar e devido à gradientes de concentração. A
difusão de vapor dá-se por gradientes de pressão de vapor;
7.
Difusão por evaporação interna.
A difusão de vapor devido ao gradiente de pressão parcial, causado pelo
gradiente de temperatura, é o mecanismo físico mais utilizado na análise do
processo de secagem de sementes. A transferência de calor por condução,
assim como a difusão, também é um fenômeno que se origina devido ao
movimento aleatório de moléculas e há uma analogia óbvia entre os dois
processos. Este fato foi observado por Fick (1855), citado por Crank (1975), que
foi o primeiro pesquisador a analisar o processo de difusão sob uma ótica
quantitativa ao adaptar a equação matemática de condução de calor obtida por
20
Fourier em 1822. Sendo assim, a teoria matemática da difusão em substâncias
isotrópicas é baseada na hipótese de que a taxa de transferência da substância
que se difunde através de uma área de seção unitária é proporcional ao gradiente
de concentração medido na direção normal a essa superfície.
Na solução de modelos teóricos de secagem devem-se considerar tanto
as condições iniciais e de contorno quanto a geometria do sólido que se deseja
secar. Para a solução de problemas relacionados à secagem de sementes,
primeiramente é necessário escolher qual é a geometria que mais se aproxima
daquela do produto que será submetido à secagem. Provavelmente, a forma
geométrica mais adequada para idealização do formato de sementes de
maracujá-amarelo seja a de uma camada plana infinita, na qual a difusão que
ocorre radialmente pode ser considerada desprezível em relação à difusão nas
superfícies de maior área. De acordo com Crank (1975), para o caso em que o
fluxo de massa é unidirecional, o meio é isotrópico, o coeficiente de difusão D é
constante, o encolhimento do material é desprezível e a geometria do sólido se
aproxima da de uma placa plana infinita, a cinemática da secagem pode ser
descrita pela seguinte equação, em que L corresponde à meia espessura da
placa plana, m:
( )
( )
∞
=
−
=−+π
−
π
+
∑
2
2
222
0
0
81
21
4
21
t
e
e
n
UUt
expDn
UU
L
n
(11)
Na derivação da Equação (11) considerou-se que a evaporação ocorre
em ambas as superfícies da placa plana. Entretanto, nos casos em que a
evaporação ocorrer apenas em uma das superfícies, o valor de L corresponde à
espessura total da placa plana.
Na realidade, o valor de D varia em função da temperatura e do teor de
água. No entanto, na derivação da Equação (11) o coeficiente de difusão foi
considerado constante. Sendo assim, a solução analítica representada por essa
equação deve ser considerada como uma aproximação quando utilizada para
descrever a secagem de sementes de maracujá-amarelo. Uma solução numérica
para a Equação (11), utilizando a técnica de elementos finitos, só é possível se for
conhecida a relação existente entre D e as variáveis temperatura e teor de água
(Brooker, 1992). Porter et al. (1973) afirmam que quando o tempo de secagem é
21
longo e o valor de L é pequeno em relação às demais dimensões da placa plana,
pode-se negligenciar os termos da Equação (11) correspondentes a n > 0, ou
seja, para n = 0, a Equação (11) reduz-se a:
−π
=−
−
π
2
2
0
8
2
t
e
e
UU
expDt
UUL
(12)
A equação de secagem propriamente dita pode ser obtida por
diferenciação e posterior integração da Equação (12), obtendo-se:
−
=
−
π
2
0
2
4
e
te
LUU
tln
UU
D
(13)
Para
a obtenção da Equação (13), considerou-se que o coeficiente de
difusão se mantivesse constante durante todo o processo de secagem. O
coeficiente D, neste caso, corresponde ao valor D
A
, também conhecido como
coeficiente de difusão aparente. Desta forma, há que se ter em mente que o valor
da taxa de secagem é apenas uma aproximação da taxa de secagem real.
Procedimentos numéricos podem ser empregados para estabelecer a relação
funcional entre o coeficiente de difusão D, a temperatura e o teor de água do
material. Fortes e Okos (1980) afirmam que o procedimento usual é considerar
que o coeficiente de difusão varia de forma linear com a temperatura e/ou teor de
água, ou então que possa ser obtido por uma função de dependência que segue
os modelos de Arrhenius, tendo a temperatura como variável independente:
=−
θ
1
0
abs
A
DAexp
(14)
=−
θ
5
34
abs
A
DAexpA
(15)
em que:
A
0
a A
5
=
constantes que dependem do produto;
θ
abs
= temperatura do produto, K.
22
Inexistem na literatura consultada equações que correlacionam o
coeficiente de difusão da água ou vapor em sementes de maracujá-amarelo com
as variáveis independentes teor de água e temperatura. Essas equações são
mais comuns para sementes de cereais e oleaginosas. Apresenta-se, a seguir,
uma equação do tipo D = F(U;
θ
abs
), para a secagem de milho, em que U
representa o teor médio de água em decimal, b.s. e a dimensão de D é dada em
m
2
h
-1
(Brooker et al., 1992).
−
=−+θ−
θ
4
25130
1513105470045
abs
abs
,
D,xexp,U,U
(16)
Os modelos apresentados anteriormente e que empregam a teoria da
difusão, podem descrever de forma aceitável o perfil da distribuição de água no
interior de determinado produto agrícola desde que seja possível correlacionar
sua forma à geometria de um sólido perfeito, além da exigência do
estabelecimento de uma relação funcional entre o coeficiente de difusão, o teor de
água e a temperatura. Nesse caso, há que se considerar que o valor médio da
razão de umidade, quer seja determinado pela solução de uma série truncada ou
por integração de um conjunto de pontos discretos distribuídos na matriz do
produto, representa a taxa de secagem de um sólido isolado, qualquer que seja
seu formato. Esse tipo de solução deverá ser incorporado a um modelo de
simulação de secagem em camada espessa para que seja possível prever a taxa
de secagem de um lote do produto, e não apenas de uma unidade isolada.
As soluções de modelos matemáticos baseados em processos de difusão
requerem o conhecimento amplo de técnicas de derivação e integração, além do
desenvolvimento de algoritmos complexos, com inclusão de sub-rotinas que
exigem o domínio de conceitos de mecânica dos fluidos e de transferência de
calor. Devido a isso e à dificuldade inerente de estabelecer uma relação funcional
do tipo D = F(U;
θ
abs
) para diversas classes de produtos, muitos pesquisadores
têm preferido utilizar equações empíricas de secagem (Parry, 1985; Brooker et al.,
1992).
23
2.3. Armazenamento e embalagens
Em certas ocasiões, depois de realizar a secagem, pode acontecer de o
produtor necessitar esperar por determinado período antes de levar as sementes
ao campo. Para não se perder a qualidade destas sementes é importante
conhecer as características das embalagens e as condições de armazenamento.
Além disso, torna-se cada vez mais importante prolongar a manutenção da
viabilidade das sementes para armazenamento em bancos de germoplasma.
Viggiano (1999) afirma que o tipo de acondicionamento utilizado é um fator que
afeta a conservação e longevidade das sementes.
De acordo com Popinigs (1985), as embalagens podem ser classificadas
em permeáveis, semipermeáveis e impermeáveis. Nessa classificação, as
embalagens permeáveis são aquelas que permitem trocas de vapor d’água entre
as sementes no seu interior e o ar no exterior. O teor de água das sementes
armazenadas flutuaria de acordo com as variações de temperatura e UR que
porventura ocorressem no ambiente. Alguns exemplos desse tipo de embalagem
são os sacos de juta, papel e algodão. Embalagens semipermeáveis são capazes
de oferecer uma certa resistência, porém, são incapazes de impedir
completamente a passagem do vapor d’água. Entre elas pode-se citar algumas
das embalagens de plástico, papel tratado com asfalto, papel aluminizado e
outros. As embalagens impermeáveis não permitem que o vapor d’água no
exterior da embalagem influencie no produto que se encontra em seu interior.
Neste caso não há alteração no teor de água das sementes em função das
condições externas. Alguns exemplos para esse tipo de embalagem são os sacos
ou envelopes de alumínio, latas metálicas vedadas, recipientes de vidro com
gaxeta de vedação na tampa e pacote de alumínio laminado com mylar ou
polietileno.
Segundo Lima e Trindade (2002), para se conservar a qualidade, as
sementes podem ser acondicionadas em sacos plásticos e guardadas na parte
inferior de geladeiras domésticas durante um período de aproximadamente um
ano.
Oliveira et al. (1984), trabalharam com sementes de maracujá colhidas
desde o ano de 1972 até 1982, exceto 1974. Estas sementes foram
armazenadas em câmara seca à temperatura ambiente, UR controlada entre 40 e
24
45% e embaladas em sacolas de papel. Concluíram que sementes armazenadas
durante cinco anos ainda mostravam-se viáveis e que a idade das sementes
influencia efetivamente na capacidade de emergência e no vigor.
Catunda et al. (2003), depois de secarem sementes de maracujá até teores
finais de água de 8 e 10% b.u., armazenaram-as em diferentes condições por 10
meses: refrigerador a 4 ºC e UR igual a 60%; câmara do tipo BOD a 18 ºC e UR
igual a 24% e, finalmente, armazenamento em ambiente de laboratório, utilizando-
se, em todos os tratamentos, embalagens semi-permeáveis e impermeáveis.
Verificou-se que para o período de 10 meses de armazenamento, o ambiente de
refrigerador foi o mais adequado e que para o armazenamento das sementes com
teor de água de 10% b.u. em condições de laboratório, a embalagem
impermeável foi inadequada.
Em trabalhos realizados com sementes de goiaba, Corrêa (1997) utilizou
embalagens de vidro, saco de papel e saco plástico em dois ambientes, câmara
fria com temperatura de 9
±
1 ºC e em condições ambientais sem controle de
temperatura e umidade do ar. Analisou o armazenamento aos zero, 30, 60 e 90
dias. Os melhores resultados quanto ao índice de velocidade de emergência
foram obtidos com embalagem de vidro e armazenamento em câmara fria.
Observou-se que a manutenção da viabilidade das sementes da variedade
Pirassununga Vermelha foi maior quando utilizou-se embalagem de vidro em
câmara fria. Para a variedade Pirassununga Branca, os melhores tratamentos
consistiram na embalagem de vidro em ambiente ou saco plástico em câmara fria.
25
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Avaliação da qualidade fisiológica das sementes
Este trabalho foi realizado nos Laboratórios de Engenharia Agrícola
(LEAG) e de Fitotecnia (LFIT) do Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias
(CCTA), Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF),
Campos dos Goytacazes, RJ.
Para os testes de avaliação do efeito da temperatura de secagem e das
condições de armazenamento foram utilizadas sementes de maracujá-amarelo
(Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Degener), provenientes de plantio comercial
na Fazenda Rancho Lugavi, localidade de Santana, Campos dos Goytacazes, RJ.
Nessa propriedade o maracujazeiro é cultivado em sistema de espaldeira vertical,
espaçadas de 5 m, com apenas um fio de arame liso. O comprimento das linhas
de cada talhão é de 300 m, com espaçamento de 3,5 m entre os talhões e 2,0 m
entre plantas.
Os frutos foram recolhidos do chão, em no máximo dois dias após haverem
se desprendido do maracujazeiro, quando estavam maduros e amarelo-
esverdeados (Figura 3), sendo transportados para o LEAG imediatamente depois
da colheita. Para fins de padronização, a colheita foi feita sempre na parte da
manhã, com início por volta das 09:00 h e término em torno de 11:00 h. Para a
retirada das sementes, após chegarem ao Laboratório, os frutos foram cortados
na região próxima ao pedúnculo e paralelamente ao seu eixo equatorial (Figura
4), utilizando-se uma faca de aço inoxidável.
26
Figura 3.
Frutos maduros do maracujazeiro-amarelo depois de se desprenderem
da cultura e antes de serem recolhidos para retirada das sementes.
Figura 4.
Maracujás cortados para a retirada das sementes.
Posteriormente, cerca de 500 a 600 mL de sementes, juntamente com
restos placentários, arilo e o suco dos frutos, foram transferidos para um
despolpador adaptado a um liquidificador (Figura 5), que retira parcialmente o
arilo aderido às sementes, sem provocar danos mecânicos. Para tanto, adicionou-
se então à polpa um volume complementar de 100 mL de água destilada para
facilitar a extração das sementes. O liquidificador foi acionado por cerca de 120 s,
em baixa rotação. Utilizou-se aparelho da marca Arno S.A., modelo BA/BSA, série
RC, de 300 W.
Em seguida as sementes foram transferidas para uma peneira com malha
de aço (Figura 6), do tipo conhecido como peneira de arroz, onde foram lavadas
em água corrente e friccionadas levemente contra a malha até eliminar totalmente
27
o arilo existente. Depois da lavagem, as sementes permaneceram espalhadas na
peneira por um período de aproximadamente 30 min, à temperatura ambiente,
para redução ou remoção da água superficial (Figura 7). Depois de lavadas, as
sementes foram transferidas para frascos de vidro de 3275 mL, todos com tampa
de plástico rosqueável, que foram vedados com Parafilm
. Os frascos com as
sementes foram devidamente identificados e acondicionados em câmara do tipo
B.O.D. com temperatura controlada em 4±1 °C até serem retiradas para os testes
de secagem.
Figura 5.
Despolpador de sementes de maracujá desenvolvido pela EMBRAPA.
Figura 6.
Lavagem com água corrente das sementes de maracujá espalhadas
em peneira com malha de aço.
28
Figura 7.
Sementes de maracujá espalhadas em peneira de aço e expostas às
condições ambientes para remoção da água superficial.
O teor de água inicial das sementes foi determinado antes de se iniciar
cada teste de secagem, obedecendo as recomendações propostas pelas Regras
para Análise de Sementes (Brasil, 1992), a 130±1 °C por 1 h, utilizando-se, no
entanto, estufa com circulação forçada de ar. As secagens das sementes de
maracujá foram realizadas utilizando-se um secador protótipo de camada delgada
capaz de fornecer o ar de secagem em condições controladas de temperatura e
vazão. Esse secador (Figura 8) possui um ventilador centrífugo de 1,0 cv, um
conjunto de resistências elétricas para aquecimento do ar, um inversor de
freqüência para alterar e controlar a rotação do motor do ventilador, um
controlador de temperatura com microprocessador N 480, com precisão de 0,20%
da faixa máxima para sensores tipo Pt 100 e 0,25% para termopares, uma
câmara plenum, um conjunto de esferas de vidro para diminuir a turbulência e
uniformizar a velocidade do ar antes de sua entrada na câmara de secagem, que
é composta por três bandejas circulares de diâmetro interno igual a 0,25 m, com
fundo perfurado em malha de aço inoxidável. O secador foi fabricado em paredes
duplas de chapa de aço galvanizado, preenchidas com lã-de-vidro em toda sua
extensão a partir da seção de aquecimento do ar.
O controle da vazão do ar, além daquele exercido pelo inversor de
freqüência, foi realizado por meio do acionamento de uma válvula do tipo
diafragma, posicionada no ducto de entrada de ar do ventilador (Figura 9). A parte
superior da bandeja foi construída de forma a permitir o encaixe de um dispositivo
que possibilita a leitura da velocidade do ar de secagem com maior grau de
acurácia (Figura 10). Antes de dar início ao processo de secagem, o ventilador foi
29
acionado para que fossem feitos os procedimentos de regulagem da temperatura
e da vazão do ar de secagem. Os testes tiveram início somente depois de o
secador ter entrado em regime permanente.
Amostras com teor de água 34,8% b.u. e contendo
≅
120 g de sementes
em equilíbrio térmico com o ar ambiente foram então colocadas em cada uma das
bandejas, cuja massa foi previamente determinada, sendo então espalhadas
sobre o fundo perfurado, de maneira a formar camadas finas com altura
correspondente à espessura média das sementes. Em todos os testes, a redução
do teor de água das sementes foi monitorada por gravimetria, pesando-se o
conjunto bandeja-amostra em intervalos regulares de cinco minutos na primeira ½
hora, de 10 min até os 120 min, de 15 min de 120 até 180 min e de 30 min a partir
de 180 min, utilizando-se uma balança digital com grau de acurácia de 0,01 kg.
Figura 8.
Representação esquemática do secador protótipo. 1. Ventilador; 2.
Conjunto de resistências elétricas; 3. Controlador de temperatura; 4.
Plenum; 5. Esferas de vidro; 6. Termômetro; 7. Câmara de secagem;
8. Termohigrômetro; 9. Anemômetro de pás rotativas.
Figura 9.
Diafragma regulável localizado na entrada do ventilador.
30
Figura 10. Dispositivo acoplado sobre a câmara de secagem para otimizar a
medição da velocidade do ar de secagem.
Como o tempo de pesagem foi de apenas alguns segundos, considerou-se que
não houve imposição de distúrbios significativos ao processo de secagem das
amostras. Depois de terem sido pesadas, as bandejas retornaram para o
secador, cada uma delas sendo transferida para a câmara adjacente à posição
em que se encontravam anteriormente, no sentido horário, de forma a uniformizar
a secagem. Esse procedimento foi necessário pois verificou-se, em experimentos
preliminares, que a taxa de secagem apresentava ligeira diferença de uma
bandeja para a outra. Além da secagem à sombra (testemunha), foram analisados
três níveis de temperatura do ar de secagem, 30, 35 e 40 ºC e o fluxo de ar foi de
aproximadamente 48 m
3
min
-1
m
-2
, o que corresponde a uma velocidade de
aproximadamente 0,8 m s
-1
. A secagem foi interrompida quando o teor de água do
produto atingiu o valor de 10% b.u.
A velocidade do ar de secagem foi medida utilizando-se um anemômetro
de pás rotativas Airflow
Modelo AV6, posicionado na saída do dispositivo
metálico localizado no topo da câmara de secagem (Figura 10). As leituras de
velocidade e temperatura do ar de secagem foram registradas antes de se retirar
as bandejas em cada procedimento de pesagem. A temperatura e umidade
relativa do ar ambiente foram medidas com aparelho digital Hygrometer
– Series
485, fabricado pela Dwyer Instruments, Inc. e registrados continuamente em
termohigrógrafo SATO do tipo SIGMA II, modelo NS II–Q.
31
A intenção deste monitoramento foi de avaliar as demais propriedades
psicrométricas do ar de secagem, como entalpia, razão da mistura e volume
específico, utilizando o programa computacional GRAPSI desenvolvido por Melo
et al. (2004) para o cálculo das propriedades psicrométricas do ar. A temperatura
do
ar
de
secagem
foi
medida
utilizando-se
um termômetro de mercúrio, com divisão
da escala
igual a 1°C, que foi colocado logo abaixo da câmara de secagem.
Terminada a secagem, parte da amostra foi utilizada para determinação do
teor de água final e outra parte foi utilizada para realização dos testes de
qualidade fisiológica. O poder germinativo e o vigor das sementes foram
avaliados imediatamente depois da secagem, para determinação do efeito
imediato da temperatura do ar de secagem sobre a germinação e em períodos
regulares de armazenamento, para verificação do seu efeito latente.
O restante das sementes secas foi subdividido em quatro porções com
aproximadamente a mesma massa, sendo duas delas acondicionadas em frascos
de vidro de 150 mL, com tampa rosqueável e vedados com Parafilm
; as outras
duas porções foram colocadas em sacos plásticos de polietileno do tipo Ziplock
.
As sementes acondicionadas foram armazenadas em câmara do tipo B.O.D. à
15±1 °C. Estas amostras foram utilizadas para realização dos testes de avaliação
da qualidade fisiológica das sementes em função da temperatura de secagem e
do período de armazenamento, ou seja, aos 90 e 180 dias. O teor de água das
sementes foi determinado ao final de cada período de armazenamento,
imediatamente antes de se iniciar as contagens referentes aos testes de
germinação e vigor, para determinar a ocorrência de variação ao longo do tempo.
O teste padrão de germinação foi realizado com quatro repetições de 50
sementes, em papel Germitest com quantidade de água equivalente a 2,5 vezes a
sua massa e colocadas em germinador a 20-30 °C, com fornecimento diário de 8
h de luz. As avaliações foram realizadas no 7° dia (primeira contagem),
procedimento este que foi considerado como teste para estimativa do vigor, e no
28° dia, em que a contagem final correspondeu ao percentual de germinação. Os
resultados foram expressos em porcentagem de plântulas normais. Na primeira
contagem foram consideradas germinadas todas as sementes que deram início à
protrusão da raiz primária. Na contagem final, a classificação foi realizada
identificando-se o número de plântulas normais – PN, plântulas anormais – PA,
sementes deterioradas – Sdet e sementes duras – SD (Brasil, 1992).
32
Para avaliação do vigor, além dos resultados da primeira contagem do
teste de germinação, foi realizada uma contagem também no 14º dia do teste.
Nesta contagem foram quantificados o número de plântulas normais fortes –
PNForte, plântulas normais fracas – PNFraca, plântulas anormais – PA e
sementes deterioradas – SDet. Foram classificadas como PNFortes aquelas que
se apresentavam vigorosas, com parte aérea e sistema radicular bem
desenvolvidos e tamanho do hipocótilo igual ou superior a 2,5 cm. Como
PNFracas foram classificadas as plântulas que se apresentaram não muito
vigorosas e com tamanho do hipocótilo inferior a 2,5 cm. Foram classificadas
como PA aquelas que apresentaram qualquer anormalidade e/ou ausência de
alguma das partes vegetativas (raiz, hipocótilo ou cotilédones). Foram
classificadas como Sdet as sementes que não estavam duras nem dormentes,
apresentando-se amolecidas e atacadas por fungos.
3.1.1. Delineamento experimental
O experimento para avaliação do efeito da temperatura do ar de secagem
sobre a qualidade fisiológica das sementes foi realizado com base em um
delineamento em quadrado latino 4 x 4, com três repetições. Nesse
delineamento, as linhas representavam os quatro lotes de sementes e as colunas
o número de dias (1, 2, 3 e 4) em que as sementes permaneceram estocadas
antes de serem secadas. Os dados experimentais foram avaliados por meio de
análise de variância e regressão. Nesse experimento, o material foi submetido à
secagem
utilizando-se
apenas
um
nível
de
vazão específica do ar, 48 m
3
min
-1
m
-2
,
o que corresponde a uma velocidade de 0,8 m s
-1
, e empregando-se quatro níveis
de temperatura do ar de secagem: ambiente à sombra, 30, 35 e 40 °C, sendo
que os tratamentos de secagem foram realizados em quatro dias consecutivos,
para cada um dos blocos. A análise foi dividida em três partes. Na primeira parte,
os tratamentos corresponderam às condições de secagem, as linhas
corresponderam aos lotes de sementes e as colunas aos dias de armazenamento
até serem secadas. A segunda parte foi feita em esquema de subdivisão de
parcelas, em função das embalagens. A terceira parte foi feita em esquema de
subdivisão de parcelas em arranjo fatorial 2 x 2 (dois tipos de embalagem e dois
33
períodos de armazenamento). Os dados foram interpretados por meio de análise
de variância e regressão.
As médias dos tratamentos foram comparadas com a média da
testemunha, secagem à sombra, aplicando-se o teste de Dunnett e adotando-se o
nível de 5% de probabilidade. O delineamento em quadrado latino foi elaborado
de acordo com o modelo apresentado a seguir:
Y
ijk
=
µ
+ t
i
+ c
j
+ l
k
+ e
ijk
+
ε
ijkl
(17)
em que:
µ
=
constante geral;
t
i
=
efeito do tratamento i;
c
j
=
efeito da coluna ou lote de sementes j;
l
k
=
efeito da linha ou seqüência de secagem k;
e
ijk
=
efeito residual de parcelas experimentais; e
ε
ijkl
=
erro aleatório associado a cada observação, pressupondo-se NID (0;
σ
2
).
A comparação entre tratamentos foi realizada por intermédio de contrastes
ortogonais, de acordo com os valores apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Coeficientes associados aos contrastes ortogonais para comparação
dos tratamentos (temperatura de secagem)
Contrastes Tratamentos
Sombra 30 ºC 35 ºC 40 ºC
1 + 3 - 1 - 1 - 1
2 0 - 1 0 + 1
3 0 + 1 - 2 + 1
O primeiro contraste (1) refere-se ao contraste controle, ou seja, sementes
secas à sombra vs sementes secas no secador. Os contrastes 2 e 3 permitem a
avaliação de efeitos de ordem linear e quadrática referentes à temperatura.
Em complemento ao experimento anterior, realizou-se um segundo
experimento em que foram avaliados as temperaturas de secagem, o período de
armazenamento e os tipos de embalagem em que as sementes foram
acondicionadas. Este segundo experimento foi realizado em delineamento
34
inteiramente casualizado, num esquema fatorial 4x3x2, com 4 repetições e de
acordo com o seguinte modelo:
Y
ijkl
= µ + S
i
+ A
j
+ E
k
+ SA
ij
+ S
i
E
k
+ A
j
E
k
+ SAE
ijk
+
ε
ijkl
(18)
em que:
µ = constante geral;
S
i
= efeito da secagem;
A
j
= efeito do armazenamento;
E
k
= efeito da embalagem;
SA
ij
= efeito da interação entre secagem e armazenamento;
S
i
E
k
= efeito da interação entre secagem e embalagem;
A
j
E
k
= efeito da interação entre armazenamento e embalagem;
SAE
ijk
= efeito da interação entre secagem, armazenamento e embalagem;
ε
ijkl
= erro experimental.
Os resultados foram submetidos a análise de variância e aos testes de
comparação de médias para fatores qualitativos (embalagem) e análise de
regressão polinomial para os fatores quantitativos (período de armazenamento).
Para a análise estatística dos dados, no âmbito do delineamento em
quadrado latino, as variáveis estudadas foram abreviadas da seguinte maneira:
1
a
contagem
= percentual de sementes que emitiram a raiz primária aos
sete dias (vigor), %;
Vigor das plântulas
= percentual
de
plântulas
normais
fortes
aos
14
dias
(vigor), %;
Germinação
= percentual de germinação aos 28 dias, %;
ADS
= teor de água das sementes imediatamente depois da
secagem; % b.u.;
AD90
= teor
de
água das sementes depois de 90 dias de
armazenamento, % b.u.;
AD180
= teor
de
água
das
sementes
depois de 180 dias de
armazenamento, % b.u.
35
3.2. Secagem das sementes
Análises acuradas da secagem das sementes de maracujá só podem ser
feitas a partir do conhecimento prévio das isotermas de equilíbrio higroscópico
para as condições em que o processo se realiza.
Entretanto,
não foram
encontradas informações sobre o teor de água de equilíbrio de sementes de
maracujá na literatura consultada. Dessa forma, foi necessário dividir o
experimento em duas etapas. A primeira, descrita no item 3.1., consistiu na
avaliação do efeito da temperatura de secagem sobre a qualidade fisiológica das
sementes, e na qual, para efeitos comparativos, estipulou-se que os testes
experimentais seriam interrompidos quando o teor de água final fosse igual a 10%
b.u.
Porém, nos testes para determinação do teor de água de equilíbrio, a
secagem só é interrompida quando for atingido o estado de equilíbrio dinâmico
quanto à transferência de massa entre as sementes e o ar de secagem. Sendo
assim, na segunda etapa desse trabalho, a secagem só era interrompida quando,
ao se aproximar da condição de equilíbrio, as alterações no teor de água médio
das sementes, depois de pesagens consecutivas, fosse igual ou inferior a 0,2
ponto percentual de água b.u. Esse valor é da mesma ordem de grandeza que o
grau de incerteza associado ao método padrão de determinação do teor de água
em estufa (Kraszewski et al., 1977).
Essa etapa do trabalho foi realizada apenas no Laboratório de Engenharia
Agrícola do CCTA/UENF. Utilizaram-se sementes de maracujá-amarelo
provenientes da Fábrica Bela Joana Frutas e Sucos, do Grupo MPE, localizada na
divisa dos municípios Campos dos Goytacazes e São Fidélis – RJ. As sementes,
ao chegarem ao laboratório, foram postas para fermentar em meio aquoso, em
recipiente de vidro, por 48 h. Após este período, foram lavadas em água corrente
com o auxílio de uma peneira, retirando-se todo arilo e impurezas. Em seguida,
eram secas em papel toalha por cerca de ½ h, visando a retirada do excesso de
água superficial. As sementes foram então armazenadas em frascos de vidro
com tampas rosqueadas e vedados com Parafilm® e acondicionadas em câmara
do tipo B.O.D. à temperatura de
4
ºC,
de
onde
eram
retiradas
as
amostras
para
os
testes
experimentais
de secagem.
36
Para validação das equações de secagem, foram coletados dados
experimentais utilizando-se três níveis de temperatura do ar de secagem (30, 37 e
40 °C), três níveis de velocidade do ar de secagem (0,4; 0,8 e 1,2 m s
-1
), o que
corresponde a fluxos de ar de 24, 48 e 71 m
3
min
-1
m
2
, respectivamente, e um
nível de teor de água inicial (23,3±0,9% b.u.). Todos os experimentos foram
realizados em ambiente com temperatura de 29,3±1,5 ºC e razão da mistura de
0,016±0,003 kg kg
-1
. Observa-se, portanto, que os valores de velocidade e
temperatura do ar de secagem empregados na primeira etapa desse trabalho,
com exceção da secagem à sombra, estão contidos nos intervalos de variação
destas mesmas variáveis empregadas na segunda etapa do trabalho. Sendo
assim, quando estiverem disponíveis as isotermas de equilíbrio higroscópico para
sementes de maracujá-amarelo, será possível incluir os 880 pares de dados
(tempo; RU) relativos aos experimentos de secagem para avaliação da qualidade
fisiológica, à análise estatística da cinética de secagem das sementes em camada
delgada.
Apresenta-se, na Figura 11, o protótipo de secador de leito fixo utilizado
nos experimentos de secagem em camada fina. Esse secador difere daquele
utilizado nos testes de secagem para avaliação da qualidade fisiológica apenas
na configuração da camada de secagem. Enquanto que nesse último caso as
repetições referentes a cada um dos tratamentos eram feitas simultaneamente
por intermédio de três bandejas de secagem, para o estudo da secagem das
sementes, havia apenas uma única câmara de secagem.
À semelhança do experimento descrito no item 3.1., a temperatura e UR do
ar ambiente foram medidas com termohigrômetro, além de haverem sido
registradas continuamente em termohigrógrafo, permitindo assim calcular as
demais propriedades psicrométricas do ar de secagem utilizando as equações
propostas por Wilhem (1976).
O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, composto de 9
tratamentos, com três repetições por tratamento, num total de 27 testes
experimentais. Na análise estatística dos dados, procedeu-se ao ajustamento das
variáveis razão de umidade e tempo de secagem, por intermédio do procedimento
de Gauss Newton (Souza, 1998), implementado sobre o programa SAEG
(Sistemas de Análises Estatísticas), dos modelos não-lineares descritos no item
3.2.1. A avaliação da adequação dos modelos empregados para descrição do
37
fenômeno estudado foi feita por intermédio do cálculo do coeficiente de
determinação, estimado como o quadrado do coeficiente de correlação linear
entre valores preditos e observados para a variável dependente razão de
umidade, [(U
t
– U
e
)/(U
0
-U
e
)] (Souza, 1998); por intermédio dos intervalos de
confiança assintóticos (ICA) para os parâmetros de ajustamento (1 -
α
= 0,95); e
através da avaliação gráfica dos resíduos padronizados (Draper e Smith, 1966).
Figura 11. Protótipo do secador utilizado nos testes para avaliação da secagem
de sementes de maracujá.
3.2.1. Modelos matemáticos de secagem
As curvas de secagem das sementes de maracujá foram expressas como
a variação da razão de umidade em função do tempo de secagem. Apresenta-se,
na Tabela 2, os modelos matemáticos de secagem em camada fina avaliados
quanto ao grau de adequação às curvas de secagem obtidas experimentalmente.
Tabela 2. Modelos de secagem em camada delgada
Nome do modelo Equação Fonte
Lewis RU = exp(-kt) 1
Page
RU = exp(-k
1
t
ζ
)
2
Exponencial Simples, dois parâmetros RU = a exp(-k
2
t) 3
Exponencial Simples, três parâmetros RU = a
1
exp(-k
3
t) + b 4
Exponencial Duplo, quatro parâmetros RU = a
2
exp(-k
4
t) + c exp(-k
5
t) 5
1.
Lewis (1921); 2. Page (1949); 3. Simmonds et al. (1953); 4. Ertekin e Yaldiz
(2004); 5. Henderson (1974)
38
Desta forma, para as condições estudadas, será possível estimar o teor
de água de camadas delgadas de sementes de maracujá-amarelo em qualquer
momento durante a secagem e com grau de acurácia aceitável para fins de
engenharia. Isso permitirá, posteriormente, simular o processo de secagem de
camadas espessas de sementes, seja em secadores de leito fixo ou naqueles de
fluxo contínuo, em que o movimento do ar em relação ao das sementes seja
caracterizado como concorrente, contracorrente, cruzado ou misto.
39
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Avaliação da qualidade fisiológica das sementes
Os valores médios de temperatura e razão da mistura do ar ambiente, as
condições iniciais do produto e os parâmetros de secagem utilizados nos testes
experimentais para avaliação da qualidade fisiológica das sementes de maracujá
encontram-se na Tabela 3.
Nas Figuras 12 e 13 apresentam-se ilustrações características de plântulas
classificadas como normais e anormais, respectivamente, na contagem final do
teste de germinação. Ilustrações típicas de plântulas consideradas normais fortes
e normais fracas, parâmetros utilizados nas contagens do teste de vigor,
encontram-se na Figura 14.
Apresenta-se, na Tabela 4, os valores obtidos no Teste Padrão de
Germinação (TPG) de sementes de maracujá, vigor das plântulas e percentual de
germinação, estimados aos 14 e 28 dias, respectivamente, e a estimativa do vigor
das sementes, feita na primeira contagem, depois de sete dias do início do teste.
Os valores correspondentes ao TPG iniciado imediatamente depois da secagem
das sementes encontram-se na Tabela 5.
Os resultados referentes à primeira parte da análise estatística, ou seja,
aquela em que as variáveis dos testes de vigor (1ª contagem e Vigor das
plântulas), de germinação (Germinação) e teor de água imediatamente depois da
secagem (ADS) são avaliadas em função da temperatura de secagem encontram-
se na Tabela 6.
40
Tabela 3. Condições médias do ar e das sementes de maracujá para os
seguintes tratamentos: secagem à temperatura ambiente, 30, 35 e 40
ºC e tempo de secagem, para velocidade de 0,8 m s
-1
e teor de água
inicial de 34,8 % b.u.
Teste 1* 2* 3* 4* 5 6 7 8
Condições do ar ambiente:
Temperatura, ºC 29,80 26,89
29,58
28,89 31,20
28,40
29,68 30,86
Razão da mistura, kgkg
-1
0,0182 0,0152 0,0196 0,0196 0,0176 0,0162 0,0169 0,0194
Condições do ar de secagem:
Temperatura, ºC 29,80 26,89
29,58
28,89 30,30
30,34
30,76 29,96
Velocidade do ar, m s
-1
0,14 0,13
0,22
0,07 0,78
0,75
0,77 0,77
Vazão específica, m
3
s
-1
m
-2
- - - - 46,99
45,15
46,17 46,42
Condições iniciais do produto:
Temperatura ºC 29,80 26,89
29,58
28,89 31,20
28,40
29,68 30,86
Teor de água, % b.u. 34,54 35,67
32,96
33,52 33,52
37,08
33,06 35,92
Condições finais do produto:
Teor de água, % b.u. 10,57 9,98
10,87
11,87 10,40
8,89
10,06 10,02
Tempo de secagem, h 6,50 6,38
5,53
4,83 2,37
3,44
2,07 5,50
Teste 9 10 11 12 13 14 15 16
Condições do ar ambiente:
Temperatura, ºC 29,58 27,65
30,92
31,56 31,03
28,27
30,62 32,96
Razão da mistura, kg kg
-1
0,0196 0,0144 0,0140 0,0202 0,0194 0,0146 0,0152 0,0190
Condições do ar de secagem:
Temperatura, ºC 34,40 35,09
35,43
35,06 38,80
39,07
39,86 39,91
Velocidade do ar, m s
-1
0,78 0,77
0,78
0,78 0,78
0,79
0,79 0,79
Vazão específica, m
3
s
-1
m
-2
46,77 46,47
46,81
47,05 46,97
47,44
47,62 47,54
Condições iniciais do produto:
Temperatura ºC 29,58 27,65
30,92
31,56 31,03
28,27
30,62 32,96
Teor de água, % b.u. 34,00 35,11
35,06
34,75 33,73
36,75
35,01 35,33
Condições finais do produto:
Teor de água, % b.u. 10,38 9,69
8,56
9,66 10,88
9,03
8,42 10,07
Tempo de secagem, h 1,30 1,14
1,54
2,12 0,75
1,10
0,97 1,11
* secagem à sombra
Observa-se que para a variável 1ª contagem houve efeito significativo dos
tratamentos, ou seja, o contraste entre as sementes secadas à temperatura
ambiente e aquelas secadas no secador com temperatura controlada foi
significativo. Verifica-se que o vigor das sementes secas em temperatura
controlada foi significativamente superior ao vigor das sementes secas à
temperatura ambiente. A análise de regressão dos valores de germinação na
primeira contagem, ou seja, da estimativa do vigor aos sete dias, em função da
temperatura de secagem artificial apresentou resultado significativo para um
modelo de ordem linear ascendente. Sendo assim, quanto mais alta foi a
temperatura de secagem, maior foi o vigor das sementes de maracujá, no
intervalo entre 30 e 40 ºC.
41
Figura 12.
Plântulas normais de maracujazeiro.
Figura 13. Plântulas anormais de maracujazeiro
Figura 14. Plântulas normais fortes (a) e fracas (b).
42
Tabela 4. Resultados do Teste Padrão de Germinação (TPG) de sementes de
maracujá antes da secagem: vigor das plântulas aos 14 dias,
percentual de germinação aos 28 dias e vigor das sementes aos 7
dias (1ª contagem).
Bloco 1
a
contagem Vigor das Germinação
(%) plântulas (%) (%)
1 40,0 20,0 92,0
2 17,0 11,0 95,0
3 7,0 9,0 93,0
4 9,0 8,0 96,0
Tabela 5. Resultados do Teste Padrão de Germinação (TPG) de sementes de
maracujá depois dos tratamentos de secagem: vigor das plântulas aos
14 dias, percentual de germinação aos 28 dias e vigor das sementes
aos 7 dias (1ª contagem).
Bloco Dia Temperatura
de secagem
1
a
contagem
Vigor das
Plântulas
Germinação
(ºC)
(%)
(%)
(%)
1 1 35,0 7,0 7,5 69,5
1 2 30,0 4,5 5,0 78,0
1 3 28,8* 2,5 8,5 94,5
1 4 40,0 22,0 19,0 93,0
2 1 28,9* 12,0 17,0 94,0
2 2 40,0 52,0 26,0 94,5
2 3 35,0 50,5 25,5 95,5
2 4 30,0 40,0 13,0 96,5
3 1 40,0 22,5 21,0 94,5
3 2 35,0 37,0 29,0 95,5
3 3 30,0 31,0 21,0 94,0
3 4 28,8* 42,5 29,0 94,0
4 1 30,0 19,5 10,0 96,5
4 2 28,8* 27,0 17,0 91,0
4 3 40,0 56,0 39,5 94,5
4 4 35,0 71,0 47,0 97,5
* Secagem à sombra
Para a variável contagem aos 14 dias, a análise de variância demonstrou
que o efeito da temperatura foi significativo; porém, de acordo com os dados
apresentados na Tabela 6, o contraste entre a secagem à sombra e a secagem
nas demais temperaturas não foi significativo, indicando que o vigor das sementes
submetidas à secagem em condição ambiente foi igual àquele que se obteve na
secagem artificial com temperatura controlada. Entretanto, a análise de regressão
mostrou novamente que existe uma relação linear entre os dados de vigor e a
temperatura de secagem artificial.
43
Tabela 6. Médias, coeficientes de variação (CV) e níveis descritivos de
probabilidade dos contrastes ortogonais para as variáveis 1ª
contagem, Vigor das plântulas, Germinação e ADS em função das
condições de secagem das sementes
Tratamento Valor – P
1/
Variável Sombra 30 ºC 35 ºC 40 ºC CV (%)
Contraste L Q
1
a
contagem
21,0 23,8 41,4 38,1 22,03
0,0146 0,0249
0,1263
Vigor das plântulas
17,9 12,3 27,3 26,4 29,95
0,3025 0,0190
0,0363
Germinação
93,4 91,3 89,5 94,1 7,40
0,6721 0,5726
0,9656
ADS
10,8 9,8 9,6 9,6 7,88
0,0408 0,6650
0,4805
1/
Probabilidade (P), em nível de 5%, para o contraste entre secagem à sombra e
secagem artificial; L e Q = efeitos de ordem linear e quadrática, respectivamente,
relativos às temperaturas de secagem artificial.
A análise de variância também mostrou que a temperatura de secagem
não teve efeito significativo sobre o percentual de germinação total; isso atesta
que o percentual de germinação, para as condições estudadas, independe se a
semente é seca à sombra, ou em temperatura controlada no intervalo entre 30 e
40 ºC.
O exame conjunto dos resultados relativos aos testes de vigor e
germinação apresentados na Tabela 6 permite concluir que tanto a secagem à
sombra quanto a secagem artificial realizada com temperatura controlada entre 30
e 40 ºC influenciam no vigor das sementes apenas no início da germinação,
quando as sementes ainda estão emitindo a raiz primária. Passados alguns dias,
o vigor das sementes secas em temperatura ambiente ou em secador com
temperatura controlada, nos limites estudados, tende a se igualar.
Quanto ao teor de água depois da secagem, a análise de variância indicou
que o efeito das temperaturas, individualmente, não foi significativo, ou seja, o
teor de água imediatamente depois da secagem foi estatisticamente igual para
todas as amostras de sementes, independente da temperatura utilizada para sua
secagem. Contudo, a análise de regressão (Tabela 6) evidencia que há diferença
significativa quando se contrasta a secagem à sombra e a secagem artificial.
Na análise de variância referente aos teores de água das sementes aos 90
e 180 dias de armazenamento (AD90 e AD180), observou-se que o efeito da
interação entre os fatores temperatura vs embalagem não foi significativo. Desta
forma, foi necessário fazer a análise desses fatores separadamente, ou seja, em
função da temperatura (Tabela 7) e tipo de embalagem (Tabela 8). Assim sendo,
44
para a variável AD90, nota-se que o contraste foi significativo, evidenciando que
depois do período de armazenamento de 90 dias, o teor de água das sementes
secadas à sombra encontrava-se superior ao das sementes secadas no secador.
Além disso, após este período de armazenamento, constatou-se que a relação
entre o teor de água das sementes secas no secador e a temperatura de
secagem foi descrita por uma equação de ordem linear descendente, ou seja,
quanto maior a temperatura de secagem das sementes, menor foi o teor de água
final após o armazenamento. A diferença no teor de água final destas sementes
pode ter ocorrido devido ao fato de sua determinação haver sido feita cerca de 60
dias após a abertura das embalagens para efetuação dos testes de qualidade
fisiológica. Além disso, após a abertura das embalagens e montagem dos testes
de qualidade fisiológica, as sementes foram acondicionadas à temperatura
ambiente e não em câmara do tipo B.O.D. à 15 ºC como haviam estado
anteriormente.
Tabela 7. Médias, coeficientes de variação (CV) e níveis descritivos de
probabilidade para os contrastes ortogonais para as variáveis AD90 e
AD180 em função das condições de secagem das sementes.
Tratamento CV Valor - P
1/
Variável Sombra
30 ºC 35 ºC
40 ºC
(%) Contraste L Q
AD90 9,3 9,0 8,9 8,7 2,70 0,0085 0,0332
0,1834
AD180 10,3 9,8 9,6 9,4 6,20 0,0971 0,0643
0,5811
1/
Probabilidade (P), em nível de 5%, para o contraste entre secagem à sombra e
secagem artificial; L e Q = efeitos de ordem linear e quadrática, respectivamente,
relativos às temperaturas de secagem artificial.
Tabela 8. Médias, coeficientes de variação (CV) e níveis descritivos de
probabilidade para os contrastes ortogonais para as variáveis AD90 e
AD180 em função das condições de armazenamento das sementes.
Para a variável AD180 o contraste não foi significativo, evidenciando que
depois de 180 dias de armazenamento, tanto as sementes secadas à temperatura
ambiente quanto em secador possuíam o mesmo teor de água. Como a
determinação do teor de água foi feita imediatamente depois da montagem dos
Embalagem
Variável Vidro Polietileno CV (%) Valor – P
AD90 9,1 8,9 4,40 0,1601
AD180 9,7 9,9 4,20 0,2211
45
testes de viabilidade das sementes, o parâmetro teor de água não foi alterado. Os
valores mostrados na Tabela 8 permitem concluir que não houve relação
significativa entre as variáveis AD90 e AD180 e os tipos de embalagem; esse
resultado mostra que, independentemente das embalagens utilizadas, vidro ou
plástico, o teor de água das sementes depois de 90 e 180 dias de armazenamento
manteve-se estatisticamente igual. Desta forma, é possível conjecturar que os
dois tipos de embalagem utilizados no experimento impediram que houvessem
trocas de vapor d’água entre o meio interno e o externo. No caso do vidro, esse
resultado era esperado, pois trata-se de embalagem impermeável. Para o saco
plástico, como o seu grau de impermeabilidade não foi medido, não se sabia a
priori se o teor de água seria alterado ou não.
Os resultados obtidos na terceira etapa da análise estatística permitem
concluir que não houve efeito significativo da temperatura de secagem sobre o
vigor (1ª contagem) e sequer sobre o percentual total de germinação
(Germinação), como mostra a Tabela 9. Esse resultado referente à contagem aos
sete dias contradiz aquele observado na Tabela 6, porém, é importante ressaltar
que na primeira análise as variáveis foram testadas somente quanto ao efeito da
temperatura, enquanto que na terceira análise foram também para o período de
armazenamento e o tipo de embalagem.
Tabela 9. Médias, coeficientes de variação (CV) e níveis descritivos de
probabilidade para os contrastes ortogonais para as variáveis 1ª
contagem e Germinação em função das condições de secagem das
sementes.
Tratamento Valor - P
1
Variável
Sombra
30 ºC
35 ºC
40 ºC
CV
(%)
Contraste
L Q
1
a
contagem 73,2 71,5 77,5 81,2 21,30 0,3667 0,1395
0,8192
Germinação 91,9 92,2 91,6 92,2 3,90 0,9459 0,9658
0,6492
Os períodos de 90 e 180 dias de armazenamento não influenciaram o vigor
(1ª contagem) nem o percentual total de germinação das sementes (Germinação);
os resultados podem ser observados na Tabela 10. Resultados semelhantes
foram observados por Geraldi Júnior (1974), ao verificar que sementes
armazenadas em laboratório à temperatura ambiente, assim como aquelas
armazenadas em câmara seca, não sofreram influência do ambiente de
armazenamento por período de até 240 dias. Ressalta-se que, no presente
46
trabalho, para a variável contagem aos 14 dias foi encontrado efeito significativo,
sendo a média do vigor aos 90 dias de armazenamento superior àquela obtida aos
180 dias. Zampieri (1982) também afirmou que o período de armazenamento
influencia efetivamente a capacidade de germinação e o vigor das sementes de
maracujá.
Tabela 10. Médias, coeficientes de variação (CV) e níveis descritivos de
probabilidade para os contrastes ortogonais para as variáveis 1ª
contagem e Geminação em função dos períodos de armazenamento
das sementes.
Período de armazenamento
(dias)
Variável 90 180 CV (%) Valor – P
1
a
contagem 76,0 75,8 18,50 0,9577
Germinação 92,4 91,5 4,10 0,3313
Para o fator embalagem, não observou-se influência significativa sobre o
vigor estimado tanto pela contagem aos 7 quanto aos 14 dias, nem sobre o
percentual total de germinação, como pode ser constatado na Tabela 11.
Catunda et al. (2003), ao contrário, armazenaram sementes de maracujá por dez
meses em condições controladas de temperatura e UR (18 ºC e 24%) e
encontraram resposta quadrática para a germinação das sementes que estavam
acondicionadas em embalagem impermeável. Entretanto, Lima et al. (1991)
armazenaram sementes de maracujá em refrigerador com temperatura controlada
entre 5 e 10 ºC, em recipientes de vidro, isopor, lata e saco de polietileno escuro,
por um período de 180 dias, e não encontraram diferença significativa entre os
percentuais de germinação e vigor obtidos para os diferentes tipos de embalagem.
Tabela 11. Médias, coeficientes de variação (CV) e níveis descritivos de
probabilidade para os contrastes ortogonais para as variáveis 1ª
contagem, Vigor das plântulas e Germinação em função das
condições de armazenamento das sementes.
Embalagem
Variável Plástico Vidro CV (%) Valor – P
1
a
contagem 74,0 77,8 18,50 0,2886
Vigor das plântulas 47,7 50,7 25,40 0,3433
Germinação 92,0 91,9 4,10 0,8554
47
Para a variável contagem aos 14 dias, os resultados da análise de variância
mostraram que a interação da temperatura vs armazenamento foi significativa.
Porém, depois de realizar o desdobramento da interação, não foram encontrados
resultados significativos para o contraste secagem à sombra vs secagem artificial;
apesar disso, observou-se uma relação linear positiva entre a temperatura de
secagem artificial e o percentual de germinação, para o período de armazenamento
de 90 dias (Tabela 12).
Tabela 12. Médias e níveis descritivos de probabilidade para os contrastes
ortogonais para os períodos de armazenamentos de 90 e 180 dias
em função das condições de secagem das sementes.
Armazenamento
Tratamento
Valor - P
1,2/
(dias) Sombra
30 35 40
Contraste L Q
90 57,7 57,6 64,1 77,0
0,1375 0,0082
0,5988
180 34,6 39,5 31,0 32,1
0,9470 0,2865
0,4267
1/
contraste = secagem à sombra vs secagem artificial; L e Q = efeitos de ordem
linear e quadrática relativos aos períodos de armazenamento, respectivamente.
2/
CV (%) = 49,2
4.2. Curvas de secagem das sementes de maracujá-amarelo
Apresenta-se, na Tabela 13, os valores médios de temperatura e razão da
mistura do ar ambiente, as condições iniciais do produto, os parâmetros de
secagem utilizados nos testes experimentais e seus resultados, para
temperaturas médias do ar de secagem de 30, 37 e 40 ºC, fluxos de ar de 24, 48
e
71
m
3
min
-1
m
2
e
teor
de
água
inicial
de
23,3±09%
b.u.
Os valores correspondentes
para teor de água inicial de 32,9±2,3% b.u. encontram-se na Tabela 14.
A Figura 15 apresenta os dados experimentais do teor de água em função
do tempo de secagem para sementes de maracujá amarelo, com teores de água
iniciais de 23,3±0,9 e 32,9±2,3 % b.u., submetidas à secagem por convecção em
temperaturas de 30, 37 e 40ºC e fluxos de ar de 24, 48 e 71 m
3
min
-1
m
2
. Os
valores de teor de água mostrados na Figura 15 foram aqueles utilizados no
cálculo da razão de umidade e, posteriormente, nas análises de regressão não-
linear para avaliação dos modelos matemáticos de secagem.
48
Tabela 13. Condições médias do ar ambiente, parâmetros do ar de secagem e
das sementes de maracujá e tempo de secagem para teor de água
inicial de 23,3±09% b.u.
Ar ambiente Ar de secagem Condições finais
Temp. Razão da
Mistura
Temp.
Velocidade Vazão
específica
Teor de
água
Tempo de
secagem
°C kg kg
-1
°C M s
-1
m
3
min
-1
m
2
% b.u. h
29,6 0,020 29,9 0,4 24,8 10,0 4,3
28,9 0,019 36,5 0,4 24,8 5,6 4,8
30,4 0,018 40,1 0,4 23,7 5,5 3,5
28,6 0,018 30,5 0,8 47,0 9,3 4,0
31,5 0,015 37,3 0,8 47,0 6,6 2,8
28,7 0,013 40,2 0,7 41,5 5,5 4,0
31,5 0,020 31,4 1,0 59,0 8,9 5,5
30,9 0,019 36,8 1,0 57,3 6,8 5,3
31,8 0,015 39,4 1,0 58,2 5,5 3,1
Tabela 14. Condições médias do ar ambiente, parâmetros do ar de secagem e
das sementes de maracujá e tempo de secagem para teor de água
inicial de 32,9±2,3% b.u.
Ar ambiente Ar de secagem Condições finais
Temp. Razão da
Mistura
Temp.
Velocidade Vazão
especíifca
Teor de
água
Tempo de
secagem
°C kg kg
-1
°C M s
-1
m
3
min
-1
m
2
% b.u. h
26,6 0,012 30,0 0,4 23,8 10,3 0,8
19,2 0,007 25,0 0,3 16,0 6,6 0,5
28,6 0,015 40,0 0,4 23,9 9,7 0,5
28,6 0,014 30,9 0,8 48,1 10,4 0,8
28,7 0,013 37,0 0,8 47,9 8,8 1,1
29,0 0,016 39,9 0,8 48,0 9,9 0,5
28,5 0,015 31,4 1,2 70,5 10,5 0,9
27,8 0,014 37,1 1,2 71,3 9,3 0,7
29,0 0,014 39,9 1,2 70,9 9,9 0,5
49
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6
Tempo, h
Teor de água, % b.u.
Figura 15.
Dados
experimentais
de secagem das sementes de maracujá-amarelo
com teor de água inicial de 23,3±0,9 e 32,9±2,3 % b.u., temperatura
de 30, 37 e 40ºC e fluxo de ar de 24, 48 e 71 m
3
min
-1
m
2
.
Mostra-se, nas Figuras 16, 17 e 18, a representação gráfica da variação do
teor de água em função do tempo de secagem, para os três valores de
temperatura avaliados nesse trabalho e velocidades do ar de secagem de 0,4 e
0,8 e 1,0 m s
-1
, respectivamente. Para velocidade de 0,4 m s
-1
, os resultados
mostrados na Figura 16 indicam que o tempo de secagem diminui
consideravelmente com o aumento da temperatura do ar; o tempo necessário
para reduzir o teor de água das sementes de maracujá de 23,4±0,3% b.u.
para 10,0% b.u. foi de 4,00 h na secagem a 30 °C; aumentando-se a temperatura
do ar para 37 °C, reduz-se o tempo de secagem para 1,55 h, ou seja,
aumentando-se em apenas 7 °C a temperatura do ar de secagem obtém-se, para
as condições estudadas, uma redução de 60% no tempo de secagem. Observa-
se também que para um acréscimo adicional de 3 °C, de 37 para 40 °C, há uma
redução de cerca de 45% no tempo de secagem.
50
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5
Tempo, h
Teor de água, % b.u.
Figura 16. Variação do teor de água em função do tempo de secagem de
sementes de maracujá para velocidade do ar de 0,4 m s
-1
e valores
indicados de temperatura.
∆
, 30 °C;
š
, 37 °C e ¨, 40 °C.
5
10
15
20
25
0 1 2 3
Tempo, h
Teor de água, % b.u.
Figura 17. Variação do teor de água em função do tempo de secagem de
sementes de maracujá para velocidade do ar de 0,8 m s
-1
e valores
indicados de temperatura.
∆
, 30 °C;
š
, 37 °C e ¨, 40 °C.
51
5
10
15
20
25
0 1 2 3
Tempo, h
Teor de água. % b.u.
Figura 18. Variação do teor de água em função do tempo de secagem de
sementes de maracujá para velocidade do ar de 1,0 m s
-1
e valores
indicados de temperatura.
∆
, 30 °C;
š
, 37 °C e ¨, 40 °C.
Na Figura 17, verifica-se que para velocidade do ar de 0,8 m s
-1
e
temperatura de 30 °C, o tempo requerido para reduzir o teor de água das
sementes de maracujá de 23,2±0,9% b.u. para 9,8±0,2% b.u. foi de 2,77 h.
Aumentando-se a temperatura do ar de secagem para 37 °C, observa-se uma
redução de cerca de 75% no tempo de secagem. Quando aumenta-se a
temperatura de 37 para 40 °C, ocorre uma redução de 25% no tempo de
secagem. Verifica-se, portanto, que o efeito do aumento da temperatura do ar na
redução do tempo de secagem foi acentuado pelo aumento da velocidade do ar,
quando aumenta-se a temperatura de 30 para 37°C. Entretanto, ao aumentar-se
a temperatura do ar em 3 °C, de 37 para 40 °C, ocorre o fenômeno inverso, ou
seja, o efeito do aumento da temperatura do ar na redução do tempo de secagem
diminui
de
intensidade
quando
aumenta-se
a
velocidade
do
ar de 0,4 para 0,8 m s
-1
.
A redução no tempo de secagem de sementes de maracujá em função do
aumento da temperatura, para velocidade do ar de 1,0 m s
-1
e para redução do
teor de água inicial de 22,4±0,2% b.u. para 10,1±0,2% b.u. é mostrada na Figura
18. O tempo de secagem é reduzido de 2,22 para 1,00 h, ou seja em 55%, ao
52
aumentar-se a temperatura de 30 para 37 °C. A redução correspondente quando
aumenta-se a temperatura de 37 para 40 °C é de 50%. A tendência observada
anteriormente, ou seja, o fato de a velocidade do ar acentuar o efeito da
temperatura no nível de redução do tempo de secagem, quando a temperatura
aumentava de 30 para 37 °C, não se confirmou no presente caso.
Há que considerar que esses resultados são válidos apenas para secagem
em camada delgada, não podendo ser extrapolados para secagem em camada
espessa, em que diversas outras variáveis podem influenciar o tempo total de
secagem. A influência da temperatura no tempo total de secagem de sementes
de maracujá pode ser melhor visualizada nas Figuras 19, 20 e 21, onde estão
sumarizados os valores discutidos anteriormente para as velocidades de 0,4, 0,8
e 1,0 m s
-1
, respectivamente.
0
1
2
3
4
5
30 37 40
Temperatura, ºC
Tempo, h
Figura 19. Tempo total de secagem, para redução do teor de água de
23,4±0,3% b.u. para 10% b.u., de sementes de maracujá em função
da temperatura do ar de secagem e para velocidade de 0,4 m s
-1
.
Os resultados dos testes para avaliar a influência da velocidade do ar na
taxa de secagem de sementes de maracujá são apresentados nas Figuras 22, 23
e 24, onde pode-se observar a redução da razão de umidade em função do tempo
de secagem para as temperaturas de 30, 37 e 40 °C e para as velocidades de
53
0
1
2
3
30 37 40
Temperatura, ºC
Tempo. h
Figura 20. Tempo total de secagem, para redução do teor de água de
23,2±0,9% b.u. para 9,8±0,2% b.u., de sementes de maracujá em
função da temperatura do ar de secagem e para velocidade de 0,8
m s
-1
.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
30 37 40
Temperatura, ºC
Tempo, h
Figura 21. Tempo total de secagem, para redução do teor de água de
22,4±0,2% b.u. para 10,1±0,2% b.u., de sementes de maracujá em
função da temperatura do ar de secagem e para velocidade de 1,0
m s
-1
.
54
0,4, 0,8 e 1,0 m s
-1
, respectivamente. Observa-se que, para todas as
temperaturas, o aumento da velocidade do ar resulta no aumento da taxa de
secagem, representada pela declividade da reta tangente à curva da razão de
umidade em cada um dos pontos analisados.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 1 2 3 4 5 6
Tempo, h
Razão de umidade
Figura 22. Influência da velocidade do ar, 0,4, 0,8 e 1,0 m s
-1
, no processo
gradativo de redução da razão de umidade de sementes de
maracujá em função do tempo de secagem para temperatura de 30
°C.
¢
, 30 °C e 0,4 m s
-1
;
˜
, 30 °C e 0,8 m s
-1
; p, 30 °C e 1,0 m s
-1
.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 1 2 3 4 5 6
Tempo, h
Razão de umidade
Figura 23. Influência da velocidade do ar, 0,4, 0,8 e 1,0 m s
-1
, no processo
gradativo de redução da razão de umidade de sementes de
maracujá em função do tempo de secagem para temperatura de 37
°C.
¢
, 37 °C e 0,4 m s
-1
;
˜
, 37 °C e 0,8 m s
-1
; p, 37 °C e 1,0 m s
-1
.
55
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 1 2 3 4 5 6
Tempo, h
Razão de umidaade
Figura 24. Influência da velocidade do ar, 0,4, 0,8 e 1,0 m s
-1
, no processo
gradativo de redução da razão de umidade de sementes de
maracujá em função do tempo de secagem para temperatura de 40
°C.
¢
, 40 °C e 0,4 m s
-1
;
˜
, 40 °C e 0,8 m s
-1
; p, 40 °C e 1,0 m s
-1
.
Enquanto que a 30 °C e 0,4 m s
-1
, o tempo para reduzir o teor de água das
sementes de maracujá de 23,3±0,2 para 10,4±0,4% b.u., foi de 4,25 h, ao duplicar
a velocidade, o tempo de secagem foi reduzido para 2,83 h, uma redução da
ordem de 33%. Neste último caso, esse foi o tempo de secagem para reduzir o
teor de água inicial de 22,7±0,6% b.u. para o teor de água final de 10,0±0,1% b.u.
Aumentando-se ainda mais a velocidade do ar, de 0,8 para 1,0 m s
-1
, reduz-se em
cerca de 20% o tempo de secagem, de 2,83 para 2,25 h, de forma a reduzir o teor
de água de 22,3±0,1 para 10,0% b.u. Verifica-se, portanto, que o efeito do
aumento da velocidade do ar sobre o tempo de secagem é menos intenso que
aquele provocado pelo aumento da temperatura. Os resultados correspondentes
para temperaturas de 37 e 40 °C estão sumarizados na Tabela 15.
4.3.
Modelos matemáticos de secagem em camada fina de sementes de
maracujá-amarelo
Apresenta-se, na Tabela 16, os valores das constantes e coeficientes
genéricos de secagem (k e a), dos coeficientes (
ζ
, b e c) e dos parâmetros
estatísticos obtidos por análise de regressão não-linear para os modelos
matemáticos de secagem sumarizados na Tabela 2.
56
Tabela 15.
Redução percentual no tempo de secagem de sementes de maracujá
em função do aumento da velocidade do ar (v), para temperaturas
(T) de 37 e 40°C.
T
(°C)
v
(m s
-1
)
Teor de água
Inicial
(% b.u.)
Teor de água
final
(% b.u.)
∆
U
1/
Tempo de
secagem
(h)
Redução no
tempo de
secagem
(%)
37 0,4 24,3 10,0 14,3 2,0 −
37 0,8 23,7 10,0 13,7 0,8 60
37 1,0 22,7 10,0 12,7 0,8 0
40 0,4 23,9 10,1 13,8 0,9 −
40 0,8 24,6 10,0 14,6 0,5 45
40 1,0 22,6 10,0 12,6 0,5 0
1/
∆
U = pontos percentuais de água retirados durante a secagem.
Tabela 16.
Valores das constantes e coeficientes genéricos de secagem (k e
a), dos coeficientes (
ζ
, b e c
) e os parâmetros estatísticos dos
modelos matemáticos de secagem sumarizados na Tabela 2
Modelo Limite ICA
1/
95%
Parâmetro Estimativa Superior Inferior
DPA
2/
r
2
Lewis
K 1,8262
1,7494
1,9029
0,1138
0,7995
Page
k
1
1,4802
1,4448
1,5156
0,0799
0,8486
ζ
0,5696
0,5447
0,5944
Exponencial Simples
k
2
1,2616
1,1940
1,3291
0,0969
0,8546
Dois parâmetros
A 0,7924
0,7698
0,8149
Exponencial Simples
k
3
1,7796
1,6469
1,9122
0,0916
0,8693
Três parâmetros
a
1
0,7814
0,7564
0,8063
B 0,0659
0,0538
0,0781
Exponencial Duplo
k
4
13,6266
10,2202
17,033
1
0,0780
0,9056
Quatro parâmetros k
5
0,8805
0,8175
0,9435
a
2
0,3972
0,3550
0,4344
C 0,5986
0,5665
0,6307
1/
ICA = intervalo de confiança assintótico;
2/
DPA = desvio padrão amostral
Utilizou-se então o Modelo de Lewis, Equação (5), para estimar o teor de
água de amostras de sementes de maracujá e os resultados são mostrados na
Figura 25, onde vê-se o gráfico de correspondência entre valores experimentais e
estimados de teor de água. Nesta figura, a linha contínua representa a
correspondência ideal entre estes dois valores. O erro padrão de ajustamento
(EPA) foi de 1,9 ponto percentual. O erro ou desvio padrão de calibração é uma
indicação do grau de distanciamento dos valores de teor de água determinados
57
pelo método padrão de estufa em relação aos valores estimados pela equação de
calibração e é calculado utilizando-se a seguinte equação:
( )
1pn
e
EPA
n
1i
2
i
−−
∑
=
=
(19)
em que e
i
representa a diferença entre os teores de água obtidos em estufa e
aqueles estimados pela equação de ajustamento, p representa o número de
variáveis independentes utilizadas no modelo de regressão múltipla e n é o
número de amostras usadas no ajustamento (Jarret & Kraft, 1989; Lawrence &
Nelson, 1993).
A seguir, utilizou-se o modelo de Page, Equação (6), para estimar o teor de
água de amostras de maracujá-amarelo e os resultados são apresentados na
Figura 26, onde vê-se o gráfico de correspondência entre valores experimentais e
estimados de teor de água. O erro padrão de ajustamento (EPA) foi de 1,4 pontos
percentuais. Devido ao aumento no valor de r
2
, observa-se que houve uma ligeira
melhora nos resultados quando o desempenho da Equação (5) é comparado com
aquele da Equação (6).
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Teor de água experimental, % b.u.
Teor de água estimado, % b.u.
Figura 25. Gráfico de correspondência entre os valores de teores de água
determinados pelo método padrão de estufa e aqueles estimados
pelo Modelo de Lewis, Equação (5), para amostras de sementes de
maracujá-amarelo.
58
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Teor de água experimental, % b.u.
Teor de água estimado, % b.u.
Figura 26. Gráfico de correspondência entre os valores de teores de água
determinados pelo método padrão de estufa e aqueles estimados
pelo Modelo de Page, Equação (6), para amostras de sementes de
maracujá-amarelo.
Os resultados da adequação do modelo proposto por Simmonds et al.
(1953) e das modificações propostas a esse modelo pela inclusão de novos
coeficientes, Equação (9), e de termos exponenciais, Equação (10), na predição
do teor de água de sementes de maracujá, podem ser vistos nas Figuras 27, 28 e
29, onde mostram-se os gráficos de correspondência entre valores experimentais
e estimados do teor de água; os erros-padrão de ajustamento (EPA) foram de 1,7,
1,6 e 1,4 pontos percentuais, respectivamente. Conclui-se que, de fato, as
modificações propostas ao modelo original, resultaram em uma ligeira melhoria no
caso da inclusão de um novo coeficiente, Equação (9), e de melhoria sensível no
caso da inserção de um novo termo exponencial, Equação 10.
De acordo com os valores obtidos para os coeficientes de determinação e
os erros-padrão de ajustamento, entre todos os modelos estudados, aquele que
melhor representa a secagem em camada delgada de sementes de maracujá,
para as condições estudadas, é o modelo representado pela Equação (10).
Assim sendo, mostra-se, na Figura 30, o desempenho dessa equação na
estimativa da secagem em camada delgada de sementes de maracujá a 30 °C e
0,4 m s
-1
. Curvas semelhantes foram obtidas para praticamente todos os demais
valores de temperatura e velocidade do ar de secagem.
59
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Teor de água experimental, % b.u.
Teor de água estimado, % b.u.
Figura 27. Gráfico de correspondência entre os valores de teores de água
determinados pelo método padrão de estufa e aqueles estimados
pelo Modelo Exponencial Simples de dois parâmetros, Equação (7),
para amostras de sementes de maracujá-amarelo.
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Teor de água experimental, % b.u.
Teor de água estimado, % b.u.
Figura 28. Gráfico de correspondência entre os valores de teores de água
determinados pelo método padrão de estufa e aqueles estimados
pelo Modelo Exponencial Simples de três parâmetros, Equação (9),
para amostras de sementes de maracujá-amarelo.
60
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Teor de água experimental, % b.u.
Teor de água estimado, % b.u.
Figura 29. Gráfico de correspondência entre os valores de teores de água
determinados pelo método padrão de estufa e aqueles estimados
pelo Modelo Exponencial Duplo de quatro parâmetros, Equação
(10), para amostras de sementes de maracujá-amarelo.
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5
Tempo, h
Teor de água, % b.u.
Figura 30. Valores experimentais,
˜
, e estimados pela Equação (10), ¨, do
teor de água em função do tempo, para secagem de sementes de
maracujá a 30°C e 0,4 m s
-1
.
61
5. RESUMO E CONCLUSÕES
Procurou-se, no presente trabalho, investigar os seguintes aspectos
relacionados ao processamento de sementes de maracujá-amarelo (Passiflora
edulis Sims f. flavicarpa Degener): avaliar os efeitos imediato e latente da
temperatura de secagem sobre a qualidade fisiológica das sementes; determinar
dentre modelos matemáticos pré-selecionados, aquele que melhor representa a
curva de secagem das sementes e comparar o efeito de dois tipos de
embalagem, vidro e saco de polietileno, na viabilidade das sementes ao final de
três e seis meses de armazenamento. Para o teste de avaliação da qualidade
fisiológica, utilizou-se sementes provenientes da Fazenda Rancho Lugavi,
localizada no município de Campos dos Goytacazes – RJ. A extração do arilo foi
realizada com o auxílio de um despolpador de sementes da EMBRAPA, acionado
em baixa rotação. Posteriormente, para eliminação total do arilo, as sementes
eram lavadas em água corrente, com o auxílio de uma peneira de aço. As
sementes encontravam-se com teor de água inicial de cerca de 35% b.u. e foram
submetidas a quatro níveis de temperatura do ar de secagem (ambiente à
sombra, 30, 35 e 40 ºC), velocidade do ar de 0,8 m s
-1
, para atingirem o teor de
água final de 10% b.u. Depois dos tratamentos de secagem, as sementes foram
acondicionadas nos dois tipos de embalagem selecionados e armazenadas em
câmara do tipo B.O.D. a 15±1 °C por períodos de 90 e 180 dias. A qualidade
fisiológica das sementes foi avaliada por testes de vigor e germinação. Para os
estudos relativos à cinemática da secagem, foram utilizadas sementes de
62
maracujá provenientes da Fábrica Bela Joana Sucos e Frutas Ltda. As sementes,
depois da retirada dos restos placentários e arilo por meio de fermentação, foram
submetidas à secagem convectiva empregando-se três níveis de temperatura do
ar (30, 37 e 40 ºC), três níveis de velocidade do ar (0,4; 0,8 e 1,0 ms
-1
) e teor de
água inicial de 23,3% b.u.
O vigor das sementes, estimado pela contagem aos 14 dias, submetidas à
secagem em condição ambiente foi igual àquele que se obteve na secagem
artificial com temperatura controlada de 30, 35 e 40°C. No teste de avaliação pela
contagem aos 7 dias, verificou-se que o vigor das sementes secadas por
convecção forçada foi significativamente superior àquele obtido quando as
sementes foram secadas à sombra e em temperatura ambiente. Esses resultados
permitem concluir que no tempo decorrido entre as duas contagens, os valores
obtidos para o vigor das sementes secadas à sombra ou em secador com
temperatura controlada, para as condições avaliadas, tende a se igualar. Quanto
ao potencial germinativo, verificou-se também que os valores obtidos independem
se a semente é secada à sombra ou no secador.
Diante desses resultados, pode-se concluir que apesar de a secagem
poder ser realizada em qualquer das temperaturas avaliadas, por não afetar
significativamente a qualidade fisiológica das sementes, a escolha do método e
temperatura de secagem deve ser feita avaliando-se outros parâmetros que não o
vigor e o potencial de germinação. Nesse sentido, a secagem artificial poderia ser
escolhida para situações em que as condições climáticas não fossem favoráveis à
secagem à sombra, situação essa que colocaria em risco a qualidade do produto
pelo estabelecimento de condições favoráveis (devido ao prolongamento do
tempo de secagem e manutenção das sementes em níveis de umidade
relativamente elevados) ao desenvolvimento de microrganismos e,
conseqüentemente, a sua deterioração. Todavia, se houver um histórico de
prevalência de condições climáticas adequadas para secagem à temperatura
ambiente na época da colheita dos frutos, é provável que o aspecto econômico
imediato passe a ser considerado o fator preponderante. Neste caso, o
importante é a economia que se faz por não haver a necessidade de aquecer o ar
para a secagem das sementes.
A análise estatística dos valores do teor de água ao final de 90 e 180 dias
de armazenamento mostrou que, para os dois tipos de embalagem, tanto as
63
sementes secadas à temperatura ambiente quanto em secador possuíam teor de
água estatisticamente iguais. Assim sendo, inferiu-se que os dois tipos de
embalagens utilizadas no experimento impediram que houvessem trocas de vapor
d’água entre o meio interno e o externo.
Nos estudos relativos à cinemática da secagem das sementes, observou-
se que o efeito do aumento da temperatura do ar, de 30 para 37°C, na redução do
tempo de secagem foi acentuado pelo aumento da velocidade do ar. Além disso,
em função dos valores obtidos para os coeficientes de determinação e os erros-
padrão de ajustamento, dentre os cinco modelos avaliados, aquele que melhor
representou a secagem em camada delgada de sementes de maracujá, para as
condições estudadas, foi o modelo Exponencial Duplo de quatro parâmetros,
obtido por modificações impostas ao modelo original desenvolvido por Simmonds
et al. (1953). Esse modelo, com coeficiente de determinação de 0,9056, foi capaz
de simular a secagem em camada delgada das sementes com erro padrão de
ajustamento de 1,4 pontos percentuais de teor de água.
64
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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