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Isabella Borin
CINÉTICA DE SECAGEM DE ABÓBORAS (
Curcubita
moschata
) PRÉ-TRATADAS OSMOTICAMENTE EM
SOLUÇÕES CONTENDO SACAROSE E NaCl
Dissertação apresentada ao Instituto de Biociências, Letras e Ciências
Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus
de São José do Rio Preto, para a obtenção do título de Mestre em
Engenharia e Ciência de Alimentos (Área de Concentração: Engenharia de
Alimentos)
Orientadora: Maria Aparecida Mauro
São José do Rio Preto – SP
2006
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Borin, Isabella.
Cinética de secagem de abóbora (Curcubita moschata) pré-tratadas
osmoticamente em soluções contendo sacarose e NaCl / Isabella Borin. -
São José do Rio Preto : [s.n], 2006
72 f. : il. ; 30 cm.
Orientador: Maria Aparecida Mauro
Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista,
Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas
1.Tecnologia de alimentos. 2. Alimentos - Desidratação. 3. Abóbora
- Secagem. 4. Cinética de secagem 5. Abóbora - Desidratação osmótica
6. Desidratação osmótica . I. Mauro, Maria Aparecida. II Universidade
Estadual Paulista, Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas. III.
Título.
CDU – 664.8.047
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CINÉTICA DE SECAGEM DE ABÓBORAS (
Curcubita
moschata
) PRÉ-TRATADAS OSMOTICAMENTE EM
SOLUÇÕES CONTENDO SACAROSE E NaCl
COMISSÃO JULGADORA
DISSERTAÇÃO PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE
Profª. Dra.Maria Aparecida Mauro
Prof. Dr. Fábio Yamashita
Prof. Dr. Róger Darros Barbosa
Professor Dr. Luiz Antonio Viotto
Prof. Dr. Javier Telis Romero
São José do Rio Preto, 07 de julho de 2006.
DADOS CURRICULARES
Isabella Borin
DATA DE NASCIMENTO: 12/01/1981 – Fernandópolis
Filiação: Altino Borin
Jacira Marin Borin
FEF – Fundação Educacional de Fernandópolis
Graduação em
Engenharia de alimentos
Período: fevereiro/1999 a dezembro de 2003.
UNESP – Universidade Estadual Paulista de São José do Rio
Preto
Mestrado
em Engenharia e Ciência de Alimentos
, com ênfase em
Engenharia.
Período: março/2004 a julho/2006
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar agradeço a Deus por ter dado forças para vencer os
obstáculos, por nunca me abandonar nos momentos difíceis e permitir chegar até aqui.
Agradeço à Profª Dra. Maria Aparecida Mauro pela orientação, no qual
transmitiu seus conhecimentos com paciência, dedicação e carinho.
Agradeço à Profª. Mieko Kimura pelo apoio no desenvolvimento do
trabalho e ajuda na realização dos resultados da análise sensorial.
Ao Prof. Dr. Maurício Boscolo, pelo auxílio na realização das análises por
espectrofotometria de chama.
Aos professores integrantes da banca examinadora, Prof. Dr. Fábio
Yamashita e Prof. Dr.Roger Darros Barbosa, pelas valiosas sugestões.
À Elen Frascareli, por ter dividido bons momentos e pela amizade e ajuda
fundamental durante toda a pesquisa na qual realizamos juntas.
Às colegas Priscila e Nenis por compartilhar dos momentos durante os
experimentos.
À coordenação de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos
pelo suporte na obtenção deste título.
Agradeço as minhas irmãs Marcella Borin e Flávia Borin pela força e
motivação sempre.
Ao meu namorado Alex Stopa Cestari por compartilhar dos meus sonhos,
me incentivando e me animando.
Agradeço a toda minha família e todas as pessoas que estiveram do meu
lado durante o desenvolvimento deste trabalho.
Aos técnicos Ginaldo, Jesuíno e Newton pela ajuda nos experimentos.
À FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo)
(Proc. 03/10151-4) e ao CNPq pela bolsa de estudo.
Dedico este trabalho a duas pessoas: a primeira é meu
PAI
Altino
Borin (
in memorian
) que apesar de hoje não estar fisicamente junto
a nós, me incentivou e deu total apoio para que esta etapa de
minha vida agora se tornasse realidade; e a minha
MÃE
Jacira
Marin Borin que também esteve sempre do meu lado, com amor e
uma mão disposta a ajudar sempre. Agradeço pelo exemplo de
dignidade e pela lição de amor!
I
SUMÁRIO
SUMÁRIO.................................................................................................................I
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................III
ÍNDICE DE TABELAS............................................................................................VI
NOMENCLATURA.................................................................................................IX
RESUMO...............................................................................................................XII
ABSTRACT..........................................................................................................XIII
1.INTRODUÇÃO .....................................................................................................1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...............................................................................2
2.1. ABÓBORA.......................................................................................................2
CARACTERÍSTICAS
............................................................................................................................ 3
2.2. DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA.........................................................................4
2.3. SECAGEM CONVECTIVA...............................................................................6
3. OBJETIVOS......................................................................................................12
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................13
4.1. MATÉRIA PRIMA...........................................................................................13
4.2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL................................................................13
4.2.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
........................................................................................ 13
4.2.2. SELEÇÃO DOS TRATAMENTOS OSMÓTICOS
............................................................... 14
4.2.3. PROCESSAMENTO
................................................................................................................ 16
4.2.3.1 DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA
....................................................................................... 16
4.2.3.2. SECAGEM CONVECTIVA
.............................................................................................. 17
4.3. MÉTODOS ANALÍTICOS...............................................................................20
4.3.1 Determinação de Açúcares Redutores e Totais
................................................................... 20
4.3.2 Determinação de sódio
............................................................................................................ 21
4.3.3 Determinação dos sólidos totais
............................................................................................. 21
4.4. AVALIAÇÃO SENSORIAL ............................................................................21
4.5. ANÁLISE DOS RESULTADOS......................................................................22
4.5.1. DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA
............................................................................................... 22
4.5.2. SECAGEM CONVECTIVA
..................................................................................................... 23
II
5. RESULTADOS..................................................................................................26
5.1. SELEÇÃO PRÉ-TRATAMENTOS OSMÓTICOS...........................................26
5.2 SECAGEM OSMO-CONVECTIVA..................................................................30
5.2.1. ESPESSURA
............................................................................................................................ 34
5.2.2. CINÉTICA DE SECAGEM
...................................................................................................... 38
5.3. AVALIAÇÃO SENSORIAL ............................................................................60
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES.......................................................................63
7. REFERÊNCIAS.................................................................................................65
III
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: (a) abóbora variedade Rajada Seca Melhorada; (b) corte longitudinal
em quartos; (c) fatias........................................................................................14
Figura 2: Processo da desidratação osmótica em incubadora.........................15
Figura 3: Cuba, agitador mecânico e banho termostático, utilizados para
desidratação osmótica......................................................................................16
Figura 4: Vista geral do secador.......................................................................19
Figura 5: (a) bandejas com amostras dispostas no interior do secador; ..........19
(b) amostras desidratadas................................................................................19
Figura 6: Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60ºC, das
fatias de abóboras sem pré-tratamento. (I) - secagem até peso constante; (II) -
secagem por 6 horas........................................................................................39
Figura 7: Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60ºC, das
fatias de abóboras pré-tratadas osmoticamente e submetidas à secagem com
ar aquecido. Ensaios de secagem até peso constante (I)................................40
Figura 8: Comparação entre curvas experimentais de secagem a 70ºC, das
abóboras sem pré-tratamento. (I) - secagem até peso constante; (II) - secagem
por 6 horas. ......................................................................................................41
Figura 9: Comparação entre curvas experimentais de secagem a 70ºC, das
abóboras pré-tratadas osmoticamente e submetidas à secagem com ar
aquecido. (I) - secagem até peso constante; (II) - secagem por 6 horas..........42
Figura 10: Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60 e 70ºC,
das abóboras sem pré-tratamento. (I) - secagem até peso constante; (II) -
secagem por 6 horas........................................................................................43
IV
Figura 11: Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60 e 70ºC,
das abóboras pré-tratadas osmoticamente e submetidas à secagem com ar
aquecido. Ensaios de secagem até peso constante (I). ...................................44
Figura 12: Taxas de secagem em função da umidade (bs), calculadas com área
inicial (A(0)) e área variando com o tempo (A(t)), das fatias de abóboras sem
pré-tratamento. Secagem a 60ºC. Ensaio de secagem até peso constante (I).
.........................................................................................................................45
Figura 13: Taxas de secagem em função da umidade (bs), calculadas com área
inicial (A(0)) e área variando com o tempo (A(t)), das fatias de abóboras sem
pré-tratamento. Secagem a 70ºC. Ensaio de secagem até peso constante (I)a.
.........................................................................................................................46
Figura 14: Taxas de secagem em função da umidade (bs), calculadas com a
área inicial (A(0)) e a área variando com o tempo (A(t)), das fatias de abóboras
tratadas em solução osmótica a 47% de sacarose e 3% de sal. Secagem a
70ºC. Ensaios de secagem até peso constante (I)...........................................47
Figura 15: Comparação entre dados de umidade residual média, em base seca,
experimentais e calculados segundo equação (10), durante secagem a 60ºC.
Ensaios de secagem até peso constante.........................................................53
Figura 16: Comparação entre dados de umidade residual média, em base seca,
experimentais e calculados segundo equação (10), durante secagem a 70ºC.
Ensaios de secagem até peso constante, (I)a..................................................54
Figura 17: Comparação entre as umidades residuais (base seca) obtidas
experimentalmente (exp) na “primeira etapa” de secagem e calculadas (calc)
segundo modelo linear e exponencial (equação 3), de amostras sem
tratamento (secagem a 60
o
C (I)b e 70ºC (I)a), e de amostra tratada em solução
com 47% sacarose-3% sal (secagem a 70ºC (I)a). ..........................................56
Figura 18: Comparação entre as umidades residuais (base seca) obtidas
experimentalmente (exp) na “segunda etapa” de secagem e calculadas (calc)
pela solução da equação de Fick (equação 10), representando o início dessa
etapa no instante zero. Amostras sem tratamento (secagem a 60
o
C (I)b e
V
70ºC(I)a) e amostra tratada em solução com 47% sacarose-3% sal (secagem a
70ºC(I)a)...........................................................................................................57
Figura 19: Comparação entre as umidades residuais (base seca) obtidas
experimentalmente (exp) na “segunda etapa” de secagem e calculadas (calc)
pela equação de Fick (equação 10). Amostras sem tratamento (secagem a
60
o
C (I)b e 70ºC(I)a) e amostra tratada em solução com 47% sacarose-3% sal
(secagem a 70ºC(I)a). ......................................................................................58
Figura 20: Distribuição da freqüência dos valores hedônicos atribuídos à cor ,
aparência geral ,sabor e textura das amostras sem tratamento e tratadas em
solução 50% sacarose, 47% sacarose e 3% sal, 40% sacarose, 37% sacarose
e 3% sal............................................................................................................62
VI
ÍNDICE TABELAS
Tabela 1:
Teor de água (
a
w
), variação total de massa (
M
∆ ), variação de
massa de água (
a
M
∆ ), de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em
relação à massa inicial (
0
M
) das amostras, e eficiência (
E
), após uma hora de
desidratação osmótica em diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl.26
Tabela 2:
Teor de água (
a
w
), variação total de massa (
M
∆ ), variação de
massa de água (
a
M
∆ ), de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em
relação à massa inicial (
0
M
) das amostras, e eficiência (
E
), após duas horas
de desidratação osmótica em diferentes soluções de sacarose e sacarose-
NaCl..................................................................................................................27
Tabela 3:
Conteúdo de sacarose calculado (bs) e conteúdo de sal medido (bs)
nas amostras desidratadas osmoticamente em soluções compostas de
sacarose-sal, durante 1 e 2h. ...........................................................................28
Tabela 4:
Valores da fração molar de água (
1
x
) e fração molar do soluto (
2
x
) e
respectivas atividades de água (
w
a
) das soluções contendo um único soluto
(sacarose ou NaCl) e da solução final, para diferentes concentrações
osmóticas. ........................................................................................................29
Tabela 5:
Conteúdo de água nas abóboras tratadas e não tratadas, em base
úmida, analisado no tecido sem tratamento, após a desidratação osmótica
(DO
)
e após a secagem (
S
) a 60ºC...........................................................................31
Tabela 6:
Conteúdo de água nas abóboras tratadas e não tratadas, em base
úmida, analisado no tecido sem tratamento, após a desidratação osmótica (
DO
)
e após a secagem (
S
) a 70ºC...........................................................................32
Tabela 7
: Variação total de massa (
M
∆ ), variação de massa de água (
a
M
∆ ),
de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em relação à massa inicial (
0
M
)
das amostras, e eficiência (
E
), em uma hora de desidratação osmótica em
VII
diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl, conduzida previamente à
secagem a 60ºC...............................................................................................33
Tabela 8
: Variação total de massa (
M
∆ ), variação de massa de água (
a
M
∆ ),
de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em relação à massa inicial (
0
M
)
das amostras, e eficiência (
E
), em uma hora de desidratação osmótica em
diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl, conduzida previamente à
secagem a 70ºC...............................................................................................34
Tabela 9:
Variação volumétrica das abóboras durante o processo da
desidratação osmótica (
DO
) e secagem (
S
) a 60
o
C, e encolhimento total.......36
Tabela 10:
Variação volumétrica das abóboras durante o processo da
desidratação osmótica (
DO
) e secagem (
S
) a 70
o
C, e encolhimento total.......36
Tabela 11:
Espessuras das amostras sem tratamento ou desidratadas
osmoticamente, calculadas antes das secagens a 60ºC e após as secagens, e
média entre espessura inicial e final.................................................................37
Tabela 12:
Espessuras das amostras sem tratamento ou desidratadas
osmoticamente, calculadas antes das secagens a 70ºC e após as secagens, e
média entre espessura inicial e final.................................................................38
Tabela 13:
Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 60ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as “espessuras médias”. ..................................................................49
Tabela 14:
Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 70ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as “espessuras médias”. ..................................................................49
Tabela 15
: Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 60ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as espessuras iniciais.......................................................................51
Tabela 16
: Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 70ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as espessuras iniciais.......................................................................51
VIII
Tabela 17:
Umidade relativa durante as secagens a 60ºC. .............................52
Tabela 18:
Umidade relativa durante as secagens a 70ºC. .............................52
Tabela 19:
Média e desvio padrão dos valores* atribuídos às amostras de
fatias de abóbora tratadas e não tratadas, secas a 70ºC.................................60
IX
NOMENCLATURA
E
eficiência adimensional
ef
D
coeficiente efetivo de difusão cm
2
/s
L
espessura da amostra cm
M
massa após um tempo t de desidratação osmótica g
n
número de observações, ou resíduos
p
número de variáveis independentes
t
tempo s
V
volume do sólido cm
3
k
w
fração de massa adimensional adimensional
X
fração de massa de água (bs) adimensional
X
umidade residual média (bs) adimensional
)(
tX
fração de massa de água (bs), média, num tempo
t
adimensional
M
∆ variação de massa em relação à massa inicial adimensional
t
∆
variação do tempo adimensional
X
∆ conteúdo de umidade adimensional
k
ρ
densidade da substância
k
g/cm
3
Na
fluxo mássico g/cm
2
s
h
coeficiente de transferência de calor W/cm
2
K
T
temperatura ºC
λ
calor latente de vaporização da água J/g
K
constante da equação exponencial (3) s
-1
X
K
constante da equação de Page (4) s
-n
K
constante da equação (15) adimensional
a
w
teor de água adimensional
AR
w
teor de açúcares redutores adimensional
sac
w
teor de sacarose adimensional
sal
w
teor de sal adimensional
s
S
massa de sólidos secos g
A
área de transferência da evaporação cm
2
Superíndices
0
inicial
calc
calculado
eq
equilíbrio
exp
experimental
n
constante adicional
DO
desidratação osmótica
S
secagem
Subíndices
a
água
AR
açúcares redutores
sac
sacarose
sal
NaCl
XI
soluto
soluto: sacarose ou sacarose + sal
g
ar
bu
bulbo úmido
bs
bulbo seco
XII
RESUMO
A cinética de secagem osmo-convectiva de fatias de abóbora (
Cucurbita
moschata
) tratadas em soluções concentradas de sacarose e sacarose/NaCl
foi estudada. As condições de tratamento osmótico mais eficientes (50%
sacarose; 47% sacarose - 3% NaCl, 40% sacarose e 37% sacarose - 3% NaCl;
p/p) foram selecionadas com base na relação perda de água/ganho de solutos
e no conteúdo de sal no produto final. Após a desidratação osmótica (DO), as
fatias de abóboras foram submetidas à secagem a 60 e 70
o
C. A influência dos
pré-tratamentos e da temperatura sobre a cinética de secagem foi estudada
através dos coeficientes efetivos de difusão de umidade determinados segundo
a Lei de Fick. Os maiores coeficientes foram obtidos a 70
o
C. O sal contribuiu
para aumentar a perda de água durante a DO. No entanto, a difusividade da
água, durante a secagem, não foi afetada significativamente por esse soluto,
uma vez que, para a mesma temperatura, as diferenças entre os coeficientes
determinados nas diversas amostras pré-tratadas foram pequenas.
Coeficientes efetivos de difusão determinados nas amostras pré-tratadas e não
tratadas também foram similares. Avaliando-se as características sensoriais
das fatias submetidas à secagem a 70
o
C, pôde-se constatar que os pré-
tratamentos melhoraram a cor e a aparência geral das mesmas, quando
comparadas com as amostras sem tratamento.
XIII
ABSTRACT
Osmo-convective drying kinetics of sliced pumpkin (
Cucurbita moschata
)
treated in sucrose and sucrose-NaCl solutions was studied. Efficient conditions
for osmotic dehydration (50% sucrose, 47% sucrose - 3% NaCl, 40% sucrose
and 37% sucrose - 3% NaCl, w/w) were selected based on the ratio water loss/
solute gain and on final salt content. After pre treatment, slices were dried at 60
and 70
o
C. The influence of the pre-treatments and the temperatures on air-
drying kinetics of the pumpkins was studied. The effective water diffusion
coefficients were determined according to Fick’s second law applied to infinite
slab. As expected higher coefficients were obtained at 70
o
C. The salt
contributed to increase the water loss during osmotic dehydration. However, the
water diffusivity during air-drying was not significantly affected by this solute,
since the effective coefficients determined for the different pre-treated samples
dried at the same temperature were very close. The effective diffusion
coefficients determined in pre-treated and non-treated samples were also
similar. Sensory evaluation of the samples dried at 70
o
C was carried out. The
color and the general appearance of the dried pumpkin slices were improved by
the previous osmotic dehydration treatments in comparison with non-treated
samples.
1
1. INTRODUÇÃO
As principais fontes de nutrientes essenciais (vitaminas, sais minerais,
açúcares, fibras, carotenóides e flavonóides) são encontradas em grande
escala em frutas e hortaliças. Entretanto, estes são alimentos muito perecíveis
e, por essa razão, inúmeras técnicas têm sido desenvolvidas, visando
conservação e, ao mesmo tempo, preservação da qualidade nutricional e
sensorial dos produtos, além da facilidade no manuseio e preparo dos
mesmos.
Uma técnica simples e bastante utilizada é a secagem convectiva.
Porém, se mal controlada, pode provocar danos e efeitos indesejáveis ao
produto em função das temperaturas e taxas de secagem. A desidratação
osmótica de frutas e hortaliças, combinada à subseqüente secagem, tem
recebido grande atenção, já que possibilita obter produtos finais com melhores
características nutricionais e sensoriais que aqueles submetidos apenas à
secagem convencional (KARATHANOS
et al.
, 1995).
As abóboras se destacam por serem boas fontes de fibras e
carotenóides, sendo algumas variedades ricas em α-caroteno e β-caroteno
(ARIMA & RODRIGUEZ-AMAYA, 1988, AZEVEDO MELEIRO; 2003). Os
carotenóides são importantes na alimentação humana, pois além da atividade
pró-vitamínica A, possuem função anti-oxidante (ARIMA & RODRIGUEZ-
AMAYA, 1988, RODRIGUEZ-AMAYA, 2002) que, no organismo, traz benefício
à saúde, sendo associados à prevenção do câncer, degeneração macular,
doenças cardíacas e outras doenças degenerativas (KRINSK,1993).
Entretanto, na literatura encontram-se poucos trabalhos que tratam da
preservação e obtenção de novos produtos processados com base na abóbora,
tal como os estudos de desidratação osmótica (DO) usando soluções salinas
(MAYOR
et al
., 2004) ou soluções de açúcar (LENART
et al
., 1990). Devido ao
bom valor nutricional das abóboras, o aumento da ingestão de tais substâncias
por parte da população poderia se dar através da oferta de fatias secas para
consumo direto, ou a serem adicionadas na preparação de alimentos. Para
2
tanto, são necessárias mais investigações sobre processos e possíveis
produtos desenvolvidos a partir da abóbora, bem como sobre a aceitação dos
mesmos.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. ABÓBORA
A época mais comum de semeadura é na primavera-verão. Em regiões
de baixa altitude, onde os invernos são suaves, pode-se plantar abóbora ao
longo de todo o ano, desde que haja disponibilidade de irrigação. O ciclo é
definido pela cultivar, pelas condições ambientais e pelo ponto de maturação
exigido pelo consumidor. No caso da indústria, a colheita deve ser feita no final
do ciclo, quando os frutos estiverem maturos, ou seja, quando apresentam
pedúnculos secos e casca resistente (UFRGS, 2005).
As abóboras (
Cucurbita moschata
) contêm, em média, 1,3% de
proteínas, 0,2% de lipídios, 0,02% de cálcio e 4,7% de carboidratos totais,
sendo que 1,9% corresponde a carboidratos disponíveis e 2,7%, a fibras (USP,
2006). Possui ainda vitamina A, numa média de 540 mcg/100g (RODRIGUEZ-
AMAYA, 1996,
apud
USP, 2006).
A abóbora pode ser utilizada de diversas maneiras na culinária. Na
indústria é utilizada para a produção de doces cremosos, como "schimiers". É
muitas vezes adicionada a doces de outras frutas, como um ingrediente que
confere maior consistência ao produto. Também é utilizada para a fabricação
de doces cristalizados. Suas sementes torradas e, algumas vezes, salgadas,
também possuem mercado (UFRGS, 2005).
A abóbora (
Cucurbita moschata
) é uma espécie nativa americana com
significativa participação na alimentação de muitos países. Possui ampla
distribuição no Sudeste do México, América Central, Colômbia e Peru
(WHITAKER & CARTER, 1946; WHITAKER & CUTLER, 1965,
apud
RAMOS
et
al.
, 1999). É uma espécie tropical, favorecida por temperaturas elevadas e
3
tolerantes a temperaturas amenas. Todas as cultivares são muito sensíveis à
geada (UFRGS, 2005).
O IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) não faz
levantamento sistemático da produção de abóbora no Brasil. No entanto,
segundo o Instituto de Economia Agrícola do Estado de São Paulo, a produção
do Estado, em 2003, foi de 75.621 t (MARTIN, 2003). Muitos estados
brasileiros são produtores de abóbora. Segundo o censo agropecuário
realizado em 1995-96, a Região Sudeste participou com 72% da produção
nacional, sendo que o Estado de São Paulo produziu 33% do total nacional,
que foi 68.834 toneladas (CAMARGO FILHO
et al
., 2003).
CARACTERÍSTICAS
A abóbora é uma planta anual, em que ocorre o desenvolvimento
simultâneo da parte vegetativa, da floração e da frutificação. Possui caule
herbáceo, rastejante, provido de gavinhas e de raízes adventícias nos pontos
de contato com o solo, que auxiliam na fixação da planta. As folhas são
grandes, com longos pecíolos, de coloração verde-escura com manchas
prateadas na abóbora e nos híbridos interespecíficos de cucurbitáceas,
podendo ser uma característica para identificação se comparada com moranga,
a qual não possui estas manchas. Quanto ao florescimento, é uma planta
monóica, havendo grande predominância de flores masculinas sobre as
femininas, na maioria das cultivares. As flores são amarelas, grandes e
vistosas, sendo as femininas com ovário bem destacado e formato que
antecipa aquele do futuro fruto. Os frutos apresentam formatos e tamanhos
variados. No ponto de inserção do fruto, o pedúnculo é de seção pentagonal,
formando cinco lóbulos, característica que difere de outras cucurbitáceas.
Podem ser colhidos completamente maduros, em processo de
amadurecimento, ou ainda imaturos, mesmo antes de atingir o tamanho
definitivo (UFRGS, 2005).
4
2.2. DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA
A desidratação osmótica (DO) é uma técnica que envolve a imersão do
produto em soluções aquosas hipertônicas (SERENO
et al.
2001). Esse
processo está diretamente relacionado à remoção de água do material celular
de frutas e hortaliças (RASTOGI
et al.
1997). Nas células vegetais a parede
celular, que contém numerosos interstícios relativamente grandes, não se
apresenta como a principal barreira, sendo permeável à água e a pequenos
solutos. O plasmalema (membrana plasmática que envolve todo conteúdo da
célula, excetuando a parede celular) pode estriar ou dilatar-se sob o aumento
de pressão gerada no interior das células e, dependendo do soluto, funciona
como membrana seletiva. Este tipo de membrana geralmente apresenta
permeabilidade diferencial, isto é, permite que solventes a atravessem mais
facilmente, mas restringe a passagem de um grande número de solutos
(NOBEL, 1991).
A complexa estrutura da parede celular e das membranas celulares dos
vegetais, que são parcialmente seletivas, propicia três tipos de transferência de
massa com fluxo contra-corrente durante a desidratação osmótica: fluxo de
água do sólido para solução, transferência de soluto da solução para o sólido e
fluxo natural de solutos do sólido para a solução (RAOULT-WACK, 1994). O
resultado desta transferência de massa complexa é uma diminuição do
conteúdo de umidade com um incremento simultâneo de sólidos, além de uma
modificação na constituição química do alimento parcialmente desidratado
(LENART, 1996).
A taxa de remoção de água durante a desidratação osmótica depende
de diversos fatores, tais como concentração e temperatura da solução, tempo
de contato, grau de agitação da solução, forma e tamanho do sólido, razão
solução/sólido e nível de vácuo, se aplicado (RASTOGI
et al
., 1997). Os efeitos
da concentração de soluto, da temperatura e do tempo de contato têm sido
estudados em um grande número de produtos, como por exemplo, em banana
(MAURO & MENEGALLI, 1995; RASTOGI
et al
., 1997), pêssego (ASKAR
et
al
., 1996), abacaxi (BERISTAIN
et al.
, 1990), maçã (HAWKES & FLINK, 1978;
QUINTERO-RAMOS
et al
., 1993) e cenoura (QI
et al
., 1998).
5
A escolha do soluto é uma questão fundamental por estar relacionada
com as alterações nas propriedades sensoriais e no valor nutritivo do produto
final, além do custo de processo (LENART, 1996, QI
et al
., 1998).
Características do agente osmótico usado, como o seu peso molecular e seu
comportamento iônico, afetam fortemente a desidratação, tanto na quantidade
de água removida quanto no ganho de sólidos (ERTEKIN & CAKALOZ, 1996).
A sacarose é tida como um ótimo agente osmótico, especialmente
quando a DO é empregada como etapa preliminar à secagem convectiva, pois
previne o escurecimento enzimático e a perda de aromas (LENART, 1996, QI
et al
., 1998). A DO em soluções de sacarose também pode prevenir perda de
nutrientes, como já constatado em abóboras, onde o pré-tratamento osmótico
em solução de sacarose (60%, p/p) melhorou a retenção de carotenóides
durante a secagem convectiva (MAURO
et al.
, 2005).
O uso do cloreto de sódio como agente osmótico é desejável quando o
sabor salgado mantém ou melhora a qualidade do produto processado. É
também um excelente agente osmótico, até mesmo quando combinado com a
sacarose. Essa combinação foi bastante efetiva na desidratação osmótica de
maçãs, porém, seu uso como substituto da sacarose não obteve boa aceitação
em testes sensoriais devido ao gosto salgado incorporado à fruta (HAWKES &
FLINK, 1978). A eficiência do NaCl foi também observada na desidratação
osmótica de tomate cereja, mas o seu baixo peso molecular permitiu alta
penetração no tecido. Soluções combinadas de sacarose-sal reduziram a
penetração do sal, porém, a taxa de perda de água também foi reduzida
(AZOUBEL & MURR, 2004). Essa mesma combinação, aplicada à
desidratação osmótica de tomates (tipo Santa Cruz) resultou em difusividades
de cloreto de sódio e de sacarose interdependentes, sendo que elevadas
concentrações de NaCl causaram maiores perdas de água (TELIS
et al
., 2004).
O sal também pode atuar como inibidor da oxidação de carotenóides.
Em cenouras desidratadas a incorporação de aditivos como NaCl reduziu a
taxa de destruição dos mesmos (ARYA
et al
., 1979).
Em geral, o objetivo da desidratação osmótica é maximizar a perda de
água do alimento e, ao mesmo tempo, minimizar o ganho de soluto por parte
6
do mesmo (QI
et al
., 1998). Contudo, a DO geralmente não é capaz de abaixar
a atividade de água do alimento a níveis que dispensem técnicas adicionais
para a sua conservação.
A principal vantagem da desidratação osmótica como pré-tratamento
antes da secagem convectiva de alimentos é que ela minimiza os impactos
negativos desta última, como perda de aroma, escurecimento enzimático e
perda da cor natural dos mesmos (PONTING
et al
., 1966, QUINTERO-RAMOS
et al
., 1993), além de poder proporcionar economia de energia gasta no
processo como um todo (JAYARAMAM & DAS GUPTA, 1992).
Nos anos mais recentes têm sido conduzidos estudos sobre a
combinação da desidratação osmótica com posterior secagem convencional,
com objetivo de obter produtos de melhor qualidade (KARATHANOS,
et al
.,
1995). Fatias de carambolas secas a 60
o
C podem apresentar melhor aparência
e sabor, quando pré-tratadas em solução de sacarose (50%, p/p)
(SHIGEMATSU
et al.
, 2005). Efeito protetor sobre a estrutura do alimento,
gerando produtos mais flexíveis e macios, também tem sido observado
(LENART, 1996).
2.3. SECAGEM CONVECTIVA
O objetivo básico da secagem de alimentos é a remoção de água,
através da evaporação, até um nível suficiente para minimizar o crescimento de
microrganismos e reações de deterioração química (KROKIDA
et al
., 2003),
preservando-o durante a estocagem (MAYOR & SERENO, 2003).
A desidratação de produtos alimentícios é um processo largamente
empregado com distintos propósitos como aumento da vida de prateleira,
redução de custos de embalagem, transporte e armazenamento, modificação
de atributos sensoriais, redução de desperdícios e até agregação de valor ao
produto. A preservação de frutas e hortaliças por desidratação, no entanto,
apresenta um desafio, pois a remoção de umidade deve ser realizada de
maneira a fornecer um produto com os atributos de qualidade desejados, tanto
sensoriais como nutricionais. Portanto, o sistema de desidratação deve levar
7
em conta os vários processos e mecanismos de transformação que ocorrem no
produto durante a remoção de água, que são de particular importância para
frutas e vegetais (SINGH & HELDMAN, 1993).
A técnica mais utilizada na produção de frutas e hortaliças desidratadas
é a secagem convectiva, onde uma batelada do material a ser seco,
usualmente em forma de pequenos pedaços ou fatias, é submetida a uma
corrente de ar quente paralela ou perpendicular ao leito de sólidos. A exposição
da amostra úmida à corrente de ar com temperatura, umidade relativa e
velocidade constantes constitui uma secagem sob condições constantes.
Nessa operação unitária ocorrerá, simultaneamente, transferência de calor e
massa, sendo o calor suprido pelo ar, que arrasta a umidade evaporada.
O ciclo típico de secagem divide-se em períodos característicos. No
início ocorre elevação da temperatura do alimento, o que corresponde a um
período de adaptação, quando a taxa de secagem também aumenta. Inicia-se,
então, o primeiro período, conhecido como período de secagem a taxa
constante, onde ocorre a evaporação da umidade não ligada, na superfície do
sólido. A taxa é estabelecida por um balanço, onde todo o calor que atinge a
superfície corresponde ao calor requerido para a evaporação. A temperatura
superficial é constante e igual à temperatura de bulbo úmido (
bu
T
). A superfície
do sólido permanece com uma camada de líquido constituída por água não
ligada. Esta é constantemente alimentada pela migração interna de umidade,
que compensa a evaporação superficial. A taxa de secagem pode ser
representada segundo a equação (TREYBAL, 1980):
λ
)(
bug
TTh
Na
−
= (1)
onde
Na
= fluxo mássico,
h
= coeficiente de transferência de calor,
g
T
=
temperatura do ar,
bu
T
= temperatura de bulbo úmido do ar,
λ
= calor latente
de vaporização da água a
bu
T
.
Conforme a secagem prossegue, a migração interna de umidade para a
superfície diminui, e se torna insuficiente para compensar a evaporação da
8
água. A superfície deixa de ser saturada. O conteúdo de umidade
correspondente a esse ponto é denominado “umidade crítica”. Inicia-se,
portanto, o segundo período de secagem, ou período de taxa decrescente.
Chirife (1980) destaca que os valores da umidade crítica não são somente
característicos de cada material alimentício, mas também dependentes de
outros fatores tais como espessura da peça e condições do ar.
Nesse estágio, se aparecerem áreas secas pontuais sobre a superfície,
isso poderá resultar num período de evaporação de superfície insaturada. A
superfície, eventualmente, seca até o conteúdo de umidade de equilíbrio com o
ar de secagem. A partir daí a secagem ocorre a taxas completamente
controladas pelas taxas de difusão dentro do sólido, desde que estas sejam
lentas a baixos conteúdos de umidade (TREYBAL, 1980). Portanto, o período
de taxa decrescente pode apresentar duas etapas, uma de evaporação de
superfície insaturada e outra em que a difusão interna de umidade controla a
taxa de secagem.
Na secagem convectiva de frutas e hortaliças, o período de taxa
decrescente é especialmente importante. Nessa fase, enquanto as partes
externas do material estão com baixo conteúdo de umidade, o interior ainda
pode conter quantidades significativas de água. O processo consome grandes
quantidades de energia nessa etapa e os atributos físicos, sensoriais e
nutricionais do produto podem ser prejudicados devido à elevação da
temperatura (NIJHUIS,
et al
., 1996,
apud
MURARI, 2000). A secagem se
encerra quando o sólido inteiro atinge a umidade de equilíbrio.
Para se descrever o processo de secagem no período de taxa
decrescente, utilizam-se modelos teóricos, semi-teóricos e empíricos. Esses
modelos são geralmente baseados no fenômeno de transferência de massa,
negligenciando-se o efeito de transferência de calor. A teoria da difusão da
umidade como líquido e/ou vapor é a principal teoria utilizada para interpretar a
secagem de alimentos e de produtos agrícolas (SOBRAL, 1987). Esta é
representada pela segunda lei de Fick, apresentada na forma geral, a seguir;
XD
t
X
ef
2
∇=
∂
∂
(2)
9
onde
X
é a fração de massa de água, em base seca (bs),
ef
D
é o coeficiente
de difusão efetivo e
t
, o tempo.
Como o fenômeno de migração é complexo, trabalha-se com uma
difusividade efetiva, que engloba todos os efeitos que podem intervir nesse
fenômeno. As soluções analíticas para a segunda lei de Fick aplicam-se a
sólidos de formas geométricas simples e constantes ao longo do processo.
A cinética de secagem também pode ser analisada por equações semi-
teóricas, como o modelo de Lewis (1921), também referido como modelo
exponencial, que é uma equação análoga à lei de resfriamento de Newton. O
modelo de Lewis se baseia na teoria da difusão, mas assume que a resistência
ocorre na superfície das partículas e, na sua forma integrada, é comumente
chamada de exponencial (SOBRAL, 1987):
)exp(
Kt
−=
X
(3)
onde
K
é a constante da equação, em s
-1
.
Modelos empíricos também são largamente utilizados, como a equação
de Page (DAUDIN, 1983). Esta é semelhante à equação anterior, sendo que
apresenta uma constante adicional,
n
:
)exp(
n
Kt
−=X (4)
onde
K
é a constante da equação, em s
-n
.
A secagem convectiva é influenciada pela desidratação osmótica prévia.
Como observado por Rodrigues (2003), em geral a impregnação prévia dos
tecidos reduz as taxas de secagem em comparação com o tecido fresco. Isso
foi constatado em seu trabalho através da determinação da difusividade da
água durante a secagem de fatias de maçã previamente tratadas em soluções
de sacarose. Karathanos
et al.
(1995) também concluíram que a difusividade
diminuía significativamente durante a secagem quando cilindros de maçã eram
pré-tratados osmoticamente em soluções de sacarose ou de glucose (15%,
30% e 45%, p/p) por 12 horas. Simal
et al
. (1997) conduziram trabalho
10
semelhante também com maçãs e perceberam forte redução nos coeficientes
do material tratado. Além disso, o encolhimento resultou maior para as maçãs
não tratadas. Rahman & Lamb (1991) também chegaram à mesma conclusão
secando fatias de abacaxi com ar aquecido a 60
o
C,
frescas e pré-tratadas
osmoticamente.
Por outro lado, alguns trabalhos não têm reportado redução das taxas de
secagem devido aos pré-tratamentos osmóticos, como é o caso da secagem
convectiva de tomates pré-tratados osmoticamente (30% de sacarose e 10%
de NaCl, 2h), cujo tempo de secagem foi reduzido significativamente (MURARI,
2000). Colligan
et al.
(1992), por sua vez, observaram que, para maçã, banana,
manga e damasco, não houve diferença significativa no período de secagem e
no consumo de energia, quando a secagem (60
o
C, 2 m/s) das frutas frescas foi
comparada com a das frutas impregnadas com sacarose. Park
et al.
(2003)
obtiveram coeficientes efetivos de difusão de água maiores para cubos de pêra
desidratados osmoticamente do que para cubos não tratados, quando
utilizaram velocidade do ar de secagem igual a 2 m/s. A diferença entre os
coeficientes aumentou com o aumento da temperatura do ar de secagem (40,
60 e 80
o
C). A rápida perda de água das amostras não tratadas provavelmente
causou formação de áreas superficiais endurecidas, o que reduziu a eficiência
da secagem. Isso não foi observado quando a velocidade do ar foi igual a 1
m/s, devido à menor taxa de perda de água nessa condição. O pré-tratamento
reduziu esse efeito, através do menor teor inicial de umidade. Resultados
semelhantes também foram obtidos em secagem de carambolas pré-tratadas
em soluções de sacarose a 50%, p/p, quando a secagem foi conduzida a 70
o
C
(SHIGEMATSU, 2004).
De maneira geral, observa-se um interesse crescente de pesquisadores
em relação à secagem osmo-convectiva como uma alternativa para a obtenção
de produtos desidratados de melhor qualidade que aqueles obtidos pela
secagem convencional. A combinação da DO com a secagem também se
mostra atrativa por envolver processos tecnologicamente simples e de baixo
custo, especialmente se comparados ao processo de liofilização. No entanto,
há muito que ser estudado nessa área, uma vez que tecidos vegetais são
11
materiais de estrutura complexa, dificultando o estabelecimento de modelos
para projeto e controle desses processos.
12
3. OBJETIVOS
O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência de pré-
tratamentos osmóticos e temperaturas do ar sobre a cinética de secagem
convectiva e sobre a qualidade sensorial de abóboras desidratadas na forma
de fatias, utilizando sacarose e NaCl como solutos.
Para tanto, com o intuito de selecionar pré-tratamentos, foi avaliada a
influência de diferentes concentrações de soluções sobre a eficiência (perda de
água/ganho de soluto) da desidratação osmótica de abóboras em fatias assim
como sobre a impregnação de sódio nas mesmas. Os tratamentos mais
eficientes e que proporcionaram conteúdo de sódio aceitável no produto final,
foram aplicados às fatias de abóbora antes das secagens a 60 e 70
o
C. Visando
a obtenção de produtos desidratados de boa aceitação para consumo direto, a
qualidade sensorial das fatias pré-tratadas e não tratadas, secas a 70
o
C, foi
avaliada.
13
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. MATÉRIA PRIMA
Os experimentos foram realizados no Departamento de Engenharia e
Tecnologia de Alimentos da Universidade Estadual Paulista/UNESP, São José
do Rio Preto.
Abóbora (
Curcubita moschata
) variedade Rajada Seca Melhorada, no
estádio maturo, com aproximadamente 30 kg, foram adquiridas no mercado
local – CEAGESP (São José do Rio Preto) e armazenadas em temperatura
ambiente. Os agentes osmóticos foram sacarose (açúcar refinado comercial) e
NaCl (sal comercial).
4.2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
4.2.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Devido ao seu tamanho (média de 30 kg), as abóboras tiveram as
pontas desprezadas e foram segmentadas transversalmente em três peças
para facilitar a manipulação. As peças foram quarteadas no sentido longitudinal
e duas partes opostas de cada uma foram combinadas e usadas para o mesmo
experimento. Removeu-se a casca e o miolo, de tecido esponjoso, e os quartos
foram cortados mais uma vez no sentido longitudinal para diminuir o seu
tamanho. Foram então fatiados em cortador elétrico de frios (Marca Eco),
regulado para espessura de 0,4 cm. As fatias foram colocadas em saco
plástico e misturadas, e retiradas aleatoriamente amostras representativas.
A
Figura 1
mostra as etapas envolvidas na preparação das amostras.
14
(a) (b)
(c)
Figura 1:
(a) abóbora variedade Rajada Seca Melhorada; (b) corte longitudinal
em quartos; (c) fatias.
4.2.2. SELEÇÃO DOS TRATAMENTOS OSMÓTICOS
Ensaios preliminares foram realizados com o objetivo de verificar a
influência das soluções de açúcar e sal, e do tempo, sobre a eficiência da
desidratação osmótica. A eficiência foi medida considerando a relação entre
perda de água e ganho de solutos durante a DO.
Em um primeiro ensaio, fatias de abóboras foram desidratadas em
soluções aquosas com 50%, 40% e 30% de sacarose e em soluções
combinadas de sacarose-NaCl, com 45%-5%, 35%-5% e 25%-5%, p/p, durante
uma e duas horas a temperatura constante de 27°C, representado condição
ambiente. Para a condução simultânea dos ensaios com as diversas soluções
15
osmóticas e com uma mesma abóbora, foram utilizados recipientes cilíndricos
de vidro, de 800 ml, com tampa, em incubadora refrigerada (Marconi, modelo
MA 830/A) com plataforma de agitação orbital (160 rpm) e temperatura
controlada (27
o
C). Aproximadamente 50 g de fatias de abóbora foram
desidratadas em 800 g de solução, em duplicata (
Figura 2
). A massa, os
sólidos totais e o teor de sódio foram medidos antes e depois da DO. O teor de
açúcares totais e redutores foi determinado nas amostras antes da DO. O teor
de açúcar, após a DO, foi calculado por diferença, através de balanços de
massa.
Considerou-se como valor limite de conteúdo de NaCl nas fatias de
abóboras desidratadas, 6g/100g de matéria seca, o que corresponde, numa
porção de 20 g do produto desidratado, aproximadamente 20% do valor diário
de referência de ingestão de sódio com base em uma dieta de 2000 kcal
(ANVISA, 2006).
Devido ao alto teor de sódio apresentado pelas amostras tratadas em
soluções contendo 5% de NaCl, fez-se um segundo ensaio, no qual foram
reduzidas as concentrações de sal nas soluções. As novas combinações de
açúcar-sal foram 47%-3%, 37%-3% e 27%-3% p/p (1 e 2h, 27
o
C).
Figura 2:
Processo da desidratação osmótica em incubadora.
Dentre os ensaios, foram selecionados os tratamentos osmóticos que
proporcionaram maior eficiência, isto é, maior relação entre perda de água e
ganho de soluto, calculada sobre a massa seca.
16
4.2.3. PROCESSAMENTO
Com os tratamentos osmóticos selecionados como os mais eficientes,
realizaram-se os ensaios de secagem osmo-convectiva, onde a desidratação
osmótica foi conduzida numa escala maior que a utilizada na pré-seleção.
4.2.3.1 DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA
Quatro cestos construídos em nylon (10x10x10 cm) com repartição
intermediária e dispondo de tampa de aço inoxidável em cada uma das partes,
foram utilizados para comportar as amostras (aproximadamente 200g em cada
cesto). Estes foram dispostos dentro de uma cuba quadrada construída em aço
inoxidável, de dimensões de 30x30x35 cm, com camisa externa. Utilizou-se
aproximadamente 20 kg de solução aquosa preparada com açúcar e água
destilada, ou com combinações de açúcar e sal. A agitação da solução foi
conduzida por um agitador mecânico com 1,6 kw de potência (Marconi, modelo
MA-261) com hélice naval (10 cm de diâmetro), na rotação de 1000 rpm. A
temperatura da solução foi mantida em 27ºC por meio de água circulando na
camisa externa, bombeada a partir de um banho ultratermostatizado (Marconi,
modelo MA-184) que dispõe de refrigeração.
Figura 3:
Cuba, agitador mecânico e banho termostático, utilizados para
desidratação osmótica.
17
O tempo de processo pré-selecionado foi uma hora, pois durante este
período o ganho de sacarose e sal foi menor, além de maior eficiência nos
tratamentos. Após esse tempo as amostras foram retiradas do banho osmótico
e limpas com pano umedecido e papel absorvente. Após serem pesadas,
retiraram-se algumas amostras aleatoriamente para realização das análises de
sólidos totais, sódio, açúcares redutores e totais, homogeneizadas com um
“mixer”.
4.2.3.2. SECAGEM CONVECTIVA
Amostras sem pré-tratamento e tratadas osmoticamente nas condições
selecionadas foram secadas em secador de bandejas com fluxo de ar paralelo
à superfície dos sólidos, empregando ar aquecido a 60 e 70ºC. Os ensaios
foram realizados em secador construído no departamento, que dispõe de um
ventilador centrífugo (Ibram, modelo CV3600) com motor de 2 CV. A
velocidade do ar é controlada por um inversor de freqüência (WEG,
µ
line,
modelo ML–7.0/200-240) ligado ao motor do ventilador, sendo que a calibração
é feita previamente aos ensaios, com anemômetro de ventoinha (Airflow,
modelo LCA 6000). A câmara de secagem tem área transversal igual a 961
cm
2
(31x31 cm). Acoplada ao secador há uma balança semi-analítica (Gehaka,
modelo BG 4000), com precisão de 0,01 g e capacidade para 4.000 g. Esta
dispõe de uma interface RS232 para a transmissão de dados a um
microcomputador, onde foram registrados os valores de peso a cada segundo.
Foi utilizado um programa fornecido pelo fabricante da balança, compatível
com planilhas eletrônicas do Excel da Microsoft. Para controle de temperatura,
foi utilizado um controlador microprocessado com indicação digital (Novus,
modelo N480D), com sensor tipo PT 100. O prato da balança foi substituído por
uma estrutura construída para apoiar três bandejas de tela metálica, dispostas
paralelamente ao fluxo de ar, nas quais foram distribuídas, em cada uma,
aproximadamente 100 g de fatias de abóbora. As amostras ficavam
acomodadas entre duas telas de metal, para impedir deformação exagerada
durante a secagem. O processo foi conduzido com recirculação total do ar,
sendo que este passava por uma barreira de dois centímetros de espessura,
18
constituída por esferas de sílica gel dispostas entre duas telas metálicas,
homogeneizando o fluxo. Temperatura de bulbo úmido e seco foram medidas
antes e depois da câmara de secagem. A velocidade do ar foi mantida
relativamente alta (2 m/s), com o intuito de minimizar a influência da resistência
externa. Com isso, considerou-se como condição de superfície a concentração
de água de equilíbrio obtida ao fim da secagem, quando o peso não variou
mais com o tempo.
Sólidos totais, açúcares totais e redutores e teor de sódio foram
determinados antes e depois de cada secagem.
A
Figura 4
mostra o secador utilizado nas secagens que era ligado com
uma hora de antecedência às secagens para a estabilização da temperatura e
da balança. A
Figura 5
mostra a disposição das bandejas que eram colocadas
uma a uma já com as amostras previamente pesadas (a) e as amostras já
desidratadas que, após o término das secagens, eram colocadas dentro de
vidros com tampa para evitar a entrada de umidade.
Para a análise de umidade, as amostras secas eram trituradas em um
“mixer” e em seguidas pesadas em pesa-filtro e colocadas na estufa a 60ºC.
19
Figura 4:
Vista geral do secador.
(a) (b)
Figura 5:
(a) bandejas com amostras dispostas no interior do secador;
(b) amostras desidratadas.
20
4.3. MÉTODOS ANALÍTICOS
4.3.1 Determinação de Açúcares Redutores e Totais
Para a determinação de açúcares totais e redutores, a metodologia
adotada foi titulação de óxido-redução (WILLIAM, 1970).
No método de Eynon-Lane, uma quantidade conhecida de solução
alcalina de Cu
2+
, na forma de um complexo com tartarato, é titulada com a
solução de açúcar redutor, formando Cu
2
O e o ácido do açúcar. O indicador
utilizado é o azul metileno, que estará na forma reduzida e incolor após o ponto
de viragem. A solução deve estar em ebulição durante a titulação,
principalmente após a adição do indicador, para aumentara velocidade da
reação e para prevenir a entrada de oxigênio, que pode re-oxidar o azul de
metileno. A titulação deve durar no máximo 3 minutos, porque pode haver
decomposição dos açúcares com o aquecimento prolongado.
Os açúcares das amostras previamente trituradas e pesadas foram
extraídos pela adição de água destilada e agitação. A seguir as amostras foram
clarificadas em volumes iguais de ferrocianeto de potássio 0,25M e acetato de
zinco 1M, e filtradas. A titulação desse filtrado resultava nos açúcares redutores
expressos em porcentagem de glicose na amostra. Parte dessa solução era
adicionada de ácido clorídrico, aquecida a 68-70ºC para hidrólise da sacarose,
e titulada, resultando nos açúcares totais, também expressos em porcentagem
de glicose. A diferença entre os açúcares totais e os redutores, multiplicada por
0,95, correspondia à porcentagem de sacarose presente na amostra.
Cada amostra foi preparada em triplicata, sendo analisadas duas
amostras. Em caso de dúvida, a terceira amostra era também analisada. As
titulações foram realizadas, no mínimo, em triplicata.
21
4.3.2 Determinação de sódio
A concentração de sódio em cada fatia foi determinada pelo método de
espectrofotometria de chama (WILLIAMS, 1984) em fotômetro (Digimed,
modelo DM-61).
As amostras in natura e tratadas osmoticamente eram previamente
pesadas em béquer (previamente triturada em “mixer”), em triplicata, e água
destilada era adicionada para desintegração da amostra com bastão de vidro.
A solução era filtrada e transferida para um balão volumétrico, completando-se
o volume com água. Era feita a leitura em sódio das soluções das amostras
tratadas e não tratadas através do fotômetro. Para a análise de sal foi
preparada uma solução padrão de sal. Preparou-se o padrão primário de NaCl
em água destilada, com 20 ppm de sódio, secando-se previamente o sal em
mufla a uma temperatura de 300°C durante 1 hora.
4.3.3 Determinação dos sólidos totais
A determinação dos sólidos totais foi realizada por secagem em estufa a
vácuo a 60
o
C até peso constante, de amostras em triplicata, nos ensaios
preliminares de desidratação osmótica, e de amostras em quintuplicata, nos
ensaios de definitivos de secagem.
4.4. AVALIAÇÃO SENSORIAL
Para avaliar o efeito dos pré-tratamentos na aceitação da cor, aparência
geral, sabor e textura do produto, fatias de abóbora tratadas e não tratadas
secas a 70
o
C durante 6 horas foram avaliadas sensorialmente por uma equipe
de 26 provadores não treinados utilizando escala hedônica de nove pontos,
variando entre “desgostei muitíssimo” (nota 1) e “gostei muitíssimo” (nota 9). A
temperatura de 70
o
C foi selecionada devido à boa aparência e crocância
dessas amostras, obtidas em menor tempo de secagem que a 60
o
C. Os
resultados foram tratados estatisticamente por análise de variância (ANOVA) e
teste de Tukey utilizando o programa Excel-Microsoft. As cinco diferentes
22
amostras foram servidas, ao mesmo tempo, em pires de porcelana codificados
com números aleatórios de três dígitos e analisadas em cabines individuais
com luz branca. Uma primeira ficha foi entregue ao provador, na qual ele
avaliou a aparência geral e a cor. Em seguida, mediante concordância do
provador, outra ficha foi entregue para a análise do sabor e da textura.
4.5. ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.5.1. DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA
A eficiência da DO foi calculada, para cada tratamento, com base na
perda de água e ganho de solutos, determinados por meio do levantamento de
dados experimentais de massas, teores de sólidos totais, de sódio e, nos
ensaios definitivos, açúcares totais e redutores. Com base neste levantamento,
foram realizados os balanços de massa.
A variação total de massa (
M
∆ ) em relação à massa inicial é
representada segundo
100
0
0
x
M
MM
M
−
=∆ (5)
onde
M
representa a massa após um tempo
t
de desidratação osmótica, e
0
M
a massa no tempo inicial (
t
=0).
A variação de massa de água (
a
M
∆ ) e de sacarose (
sac
M
∆ ) em relação
à massa inicial pode ser calculada para cada tempo de processo, segundo:
100
) () (
0
00
x
M
wMwM
M
aa
a
−
=∆
(6)
e
100
) () (
0
00
x
M
wMwM
M
sac
sac
sac
−
=∆
(7)
23
com
a
w
e
sac
w
representando, respectivamente, o teor de água e o teor de
sacarose, após um tempo t de desidratação osmótica, e
0
a
w
e
0
sac
w
, os
mesmos teores na abóbora fresca, em
t
=0.
O variação de massa de sal (
sal
M
∆ ), para os experimentos que
utilizaram soluções mistas de sacarose-NaCl, é calculada de forma similar,
através da equação:
100
) () (
0
00
x
M
wMwM
M
sal
sal
sal
−
=∆ (8)
onde
sal
w
representa o teor de sal após um tempo t de processo e
0
sal
w
o teor
inicial de sal na abóbora fresca.
A eficiência (
E
) é medida pela relação entre a variação de massa de
água de água e o ganho de solutos:
100
x
M
M
E
soluto
a
∆
∆
= (9)
onde
soluto
M
∆ refere-se à variação de massa de sacarose ou de sacarose + sal.
4.5.2. SECAGEM CONVECTIVA
Na secagem de frutas e hortaliças, a maior parte do processo transcorre
no período de taxa decrescente, considerando-se, em geral, controle interno de
migração de umidade por difusão. Portanto, a cinética de secagem foi avaliada
através do modelo de difusão de Fick (equação 2). As soluções analíticas
dessa equação aplicam-se a sólidos de formas geométricas simples.
Considerou-se que o sólido, a fatia de abóbora, é uma placa plana infinita, com
ambas as superfícies expostas ao ar de secagem, que a difusividade efetiva é
constante e o efeito do gradiente de temperatura no interior da amostra é
desprezível (MURARI, 2000). Tem-se a seguinte solução analítica, na forma
integrada, isto é, em termos de concentração média, na placa, num tempo
t
(CRANK, 1975):
24
∑
∞
=
π
−−
−π
=
−
−
=
1
2
2
2
220
)12(exp
)12(
18
)(
n
ef
eq
eq
L
tD
n
nXX
XtX
X (10)
onde X é a umidade residual média, adimensional,
)(
tX
a fração de massa de
água (bs) média, obtida na placa num tempo
t
.
0
X
e
eq
X
são as frações de
massa de água (bs), onde 0 representa o instante inicial (t=0) e eq, o equilíbrio.
L
é a espessura da amostra (placa plana).
O conteúdo inicial de umidade na amostra foi considerado homogêneo,
desprezando-se o gradiente de concentração existente nas amostras
previamente tratadas:
0 ,
0
==
tXX
(11)
A resistência externa, durante a secagem, foi considerada desprezível,
devido à alta velocidade do ar. A concentração na interface é representada
pelo conteúdo de água na amostra, em equilíbrio com o ar de secagem, isto é:
0 ,
≥=
tXX
eq
(12)
No plano central da fatia, o gradiente de concentração é nulo:
0 t,0
0
≥=
∂
∂
=z
z
X
(13)
Foi utilizada uma “espessura média”, calculada entre a espessura inicial
e a espessura ao fim da secagem, com o intuito de considerar, de forma
aproximada, o encolhimento que ocorre durante a secagem, uma vez que este
é considerável. As espessuras das fatias, após a DO e após a secagem, foram
calculadas considerando-se que os volumes são aproximadamente aditivos.
Conseqüentemente, água, sacarose e sal, principais espécies que difundiram
através do sistema, foram adicionados como componentes puros. A razão
entre o volume do sólido (
V
) após um tempo de processo (desidratação
osmótica ou secagem) e o volume inicial (
0
V
), foi calculada segundo:
25
1001
1001100
0
00
0
0
0
x
V
wMwM
x
V
VV
x
V
V
k
k
kk
+
−
=
+
−
=
∑
ρ
(14)
onde
M
representa a massa após um tempo de processo,
0
M
é a massa
inicial,
k
w
e
0
k
w
representam, respectivamente, a fração de massa (bu) final e
inicial da substância
k
(
k
=
a
(água),
sac
(sacarose),
AR
(açúcares redutores)
ou
sal
(NaCl), dependendo do processo), e
k
ρ
representa a densidade dessas
substâncias puras. Por fim, a variação na espessura foi calculada
considerando-se que o encolhimento ocorre igualmente em todas as
dimensões.
26
5. RESULTADOS
5.1. SELEÇÃO PRÉ-TRATAMENTOS OSMÓTICOS
O teor final de umidade, a variação total de massa (equação 5), a
variação de massa de água (equação 6), de sacarose, de sal (equação 8) e a
eficiência do processo (equação 9) são apresentados após uma hora (
Tabela
1
) e duas horas (
Tabela 2
) de desidratação osmótica de fatias de abóbora em
diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl. A variação de sacarose foi
calculada por diferença, subtraindo-se
M
∆ de
a
M
∆ e, quando pertinente,
subtraindo-se também
sal
M
∆ .
Tabela 1:
Teor de água (
a
w
), variação total de massa (
M
∆ ), variação de
massa de água (
a
M
∆ ), de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em
relação à massa inicial (
0
M
) das amostras, e eficiência (
E
), após uma hora de
desidratação osmótica em diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl.
Concentração da solução
osmótica (%, p/p)
a
w
M
∆
a
M
∆
sac
M
∆
sal
M
∆
E
Sacarose NaCl
(%) (%) (%) (%) (%) (%)
50 0 72,99 37,30 46,95 9,65 - 4,87
47 3 65,90 53,06 61,01 7,42 0,55 7,29
45 5 65,27 39,06 52,94 11,40 2,48 3,82
40 0 77,93 29,54 37,80 8,26 - 4,58
37 3 68,93 48,10 56,19 7,34 0,74 6,45
35 5 67,92 40,78 52,49 9,54 2,17 4,49
30 0 83,08 25,73 31,01 5,28 - 5,90
27 3 73,78 44,05 50,69 5,81 0,83 6,90
25 5 73,83 38,03 46,97 6,83 2,09 5,26
Composição inicial:
72,92(%)
0
=
a
w
;
79,1(%)
0
=
sac
w
;
26,2(%)
0
=
AR
w
;
0041,0(%)
0
=
sal
w
.
27
Tabela 2:
Teor de água (
a
w
), variação total de massa (
M
∆ ), variação de
massa de água (
a
M
∆ ), de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em
relação à massa inicial (
0
M
) das amostras, e eficiência (
E
), após duas horas
de desidratação osmótica em diferentes soluções de sacarose e sacarose-
NaCl.
Concentração da solução
osmótica (%, p/p)
a
w
M
∆
a
M
∆
sac
M
∆
sal
M
∆
E
Sacarose NaCl
(%) (%) (%) (%) (%) (%)
50 0 65,23 44,90 56,78 11,87 - 4,78
47 3 53,85 60,14 70,50 9,64 0,72 6,80
45 5 52,11 51,77 67,58 13,79 2,02 4,28
40 0 71,53 38,34 48,61 10,27 - 4,74
37 3 60,26 53,78 64,11 9,49 0,85 6,22
35 5 60,26 46,88 60,71 11,72 2,10 4,40
30 0 79,29 30,78 37,83 7,05 - 5,38
27 3 67,77 47,40 56,32 8,04 0,88 6,32
25 5 68,41 39,02 51,00 9,53 2,45 4,26
Composição inicial:
97,91(%)
0
=
a
w
;
28,2(%)
0
=
sac
w
;
07,2(%)
0
=
AR
w
;
0063,0(%)
0
=
sal
w
.
De maneira geral, a eficiência foi maior quando as fatias foram tratadas
com soluções compostas de sacarose-sal que continham 3% de sal, por uma
hora. A rápida perda de água, em comparação com o ganho de solutos, é
freqüentemente observada nos primeiros 30 minutos de DO (KOWALSKA &
LENART, 2001).
A influência do sal sobre a perda de água é significativa, o que é
explicado pela capacidade de abaixamento da atividade de água por parte do
NaCl. A atividade de água de uma solução de sacarose pode ser muito
potencializada com a adição do sal (ROSS, 1975). No entanto, quando se
compara a solução que contém 3% de sal com aquela com 5%, a perda de
água em relação à massa inicial diminui na segunda solução, o que poderia ser
justificado pelo elevado ganho de sólidos (
Tabela 1
e
2
). As membranas
celulares que envolvem o conteúdo celular apresentam permeabilidade
seletiva, permitindo a transferência de moléculas pequenas como a água ou os
íons Na
+
e Cl
-
, mas bloqueando a passagem de solutos de elevado peso
molecular, como a sacarose (NOBEL, 1991, BIDWELL, 1979). Entretanto,
quando as membranas celulares perdem essa propriedade, ocorre perda de
parte do conteúdo celular para a solução osmótica e grande impregnação do
28
tecido com solutos provenientes da solução osmótica, uma vez que mais
espaços intracelulares passam a ser disponíveis para a difusão desses solutos.
Portanto, o elevado ganho de solutos observado em tratamentos com 5% de
sal na solução osmótica pode ter sido causado por maiores alterações na
estrutura celular do tecido em comparação com os demais tratamentos.
Na
Tabela 3
estão reportados os teores finais de sal no produto, em base
seca, sendo que o teor de sódio é 2,54 vezes menor que o de NaCl. Constata-
se que o comportamento da impregnação de sal e açúcar pode variar bastante
com o tempo e a combinação de solutos. De maneira geral, quanto maior o teor
de sacarose na solução e maior o tempo de DO, maior será o conteúdo de
sacarose e menor o de sal impregnado. Isso está relacionado ao ganho de
soluto após uma hora (
Tabela 1
) e duas horas (
Tabela 2
) de processo. O
ganho de sal acontece preponderantemente na primeira hora de DO, enquanto
que o de sacarose prossegue na segunda hora de processo. Portanto, a massa
de sacarose contribui para diminuir o teor de sal na massa seca total, após
duas horas de DO, o que foi significativo nas composições de sacarose-NaCl
com 45%-5% e 35%-5%, mas não na composição com 25%-5%, e tampouco
nos tratamentos com 3% de sal na composição da solução.
Tabela 3:
Conteúdo de sacarose calculado (bs) e conteúdo de sal medido (bs)
nas amostras desidratadas osmoticamente em soluções compostas de
sacarose-sal, durante 1 e 2h.
Concentração da solução
osmótica (%, p/p)
Sacarose, g/100g de
matéria seca
NaCl, g/100g de matéria
seca
Sacarose NaCl 1h DO 2h DO 1h DO 2h DO
47 3 60,59 64,82 3,46 3,97
45 5 62,31 67,46 11,72 8,77
37 3 59,71 64,07 4,66 4,64
35 5 59,65 64,01 11,43 9,97
27 3 55,14 60,88 5,69 5,24
25 5 53,20 58,76 12,93 12,73
Para melhor compreensão dessas variações, foi calculada a atividade de
água das soluções utilizando sacarose e sacarose/sal, esta última através da
29
equação de predição de
w
a
proposta por Ross (1975), segundo a qual a
w
a
da
solução multicomponente é simplesmente o produto dos valores de
w
a
das
soluções preparadas com cada soluto, na mesma concentração encontrada na
solução multicomponente.
Para a solução de sacarose, o cálculo da atividade de água foi feito a
partir da equação (CHIRIFE
et al.
, 1980):
)exp(
2
21
Kxxa
w
−= (15)
onde
1
x
=fração molar da água;
2
x
=fração molar do soluto;
47,6
=
K
.
As atividades de água das soluções de sal são reportadas por Chirife &
Resnik (1984).
A
Tabela 4
mostra o potencial de abaixamento da atividade de água do
sal, quando este é adicionado em pequenas quantidades em soluções de
sacarose. No entanto, o controle da impregnação depende de alterações
estruturais no tecido, provocadas pelas soluções.
Tabela 4:
Valores da fração molar de água (
1
x
) e fração molar do soluto (
2
x
) e
respectivas atividades de água (
w
a
) das soluções contendo um único soluto
(sacarose ou NaCl) e da solução final, para diferentes concentrações
osmóticas.
Soluções
Osmóticas
Concentração da
solução osmótica
(%, p/p)
1
x
2
x
w
a
solução
de
sacarose
w
a
solução
de
NaCl
w
a
solução
final
Sacarose NaCl
40% sacarose 40 - 0,966 0,034 0,959 - 0,959
50% sacarose 50 - 0,95 0,05 0,935 - 0,935
37 - 0,969 0,031 0,962
-
37% sacarose-
3% sal
- 3 - - - 0,972
0,934
47 - 0,953 0,0471 0,943
-
47% sacarose-
3% sal
- 3 - - - 0,966
0,907
35 - 0,970 0,0298 0,965
-
35% sacarose-
5% sal
- 5 - - - 0,952
0,918
30
45 - 0,955 0,0452 0,942 -
45% sacarose-
5% sal
5 0,935
0,881
Comparando a solução de 47% sacarose-3% sal com a de 35% sacarose-
5% sal, que apresentam atividades de água próximas, observa-se menor saída
de água e maior impregnação na solução mais diluída e com maior teor de sal
(35% sacarose-5% sal,
Tabelas 1
e
2
). Isso corrobora a hipótese de que o sal,
na concentração de 5% em solução, causa mudanças estruturais, alterando a
permeabilidade das membranas, o que facilita a impregnação tanto da
sacarose quanto do próprio sal.
Não se exclui o fato de que o sal pode difundir com facilidade através das
membranas celulares (BIDWELL, 1979), o que acarretaria na sua maior
impregnação. Porém, esse fato não explica a impregnação semelhante de
sacarose observada em tecidos expostos às soluções que continham 35% e
47% dessa substância (
Tabela 3
, teores de sal e sacarose em base seca).
A partir desses resultados preliminares de eficiência e teor de sódio obtido
no produto final, foram selecionadas as seguintes condições de tratamento
osmótico: soluções de 50% e 40% de sacarose e soluções combinadas de
açúcar-sal de 47-3% e 37-3%, com o tempo de desidratação osmótica de uma
hora.
5.2 SECAGEM OSMO-CONVECTIVA
Abóboras em fatias, sem tratamento ou pré-tratadas em soluções
osmóticas a 50% e 40% de sacarose, e 47-3% e 37-3% de açúcar-sal, por uma
hora, foram submetidas à secagem a 60 e 70ºC.
Na
Tabela 5
estão apresentados os teores de água (bu) da abóbora
fresca, na condição inicial (
0
a
w
), após a DO (
DO
a
w
) e após a secagem (
S
a
w
) a
60
o
C. Na
Tabela 6
são apresentados os mesmos resultados para a secagem a
70
o
C.
Alguns ensaios de secagem foram repetidos, sendo que os identificados
pelo algarismo (I) foram conduzidos durante o tempo necessário para as
31
amostras entrarem em equilíbrio com as condições do ar aquecido, o que
variou entre 8 e 10 horas de secagem. Ensaios identificados pelo algarismo (II),
nos quais foram preparadas as amostras para a avaliação sensorial, as
secagens foram conduzidas por 6 horas. Além disso, em relação aos pré-
tratamentos dos ensaios (I), as análises de açúcares e sódio foram conduzidas
nas amostras frescas e desidratadas osmoticamente, enquanto que nos
ensaios (II), somente as amostras frescas foram analisadas e, portanto, a
variação de solutos foi calculada pela diferença entre a variação de água e a
variação total de massa (
MM
a
∆−∆ ).
Tabela 5:
Conteúdo de água nas abóboras tratadas e não tratadas, em base
úmida, analisado no tecido sem tratamento, após a desidratação osmótica
(DO
)
e após a secagem (
S
) a 60ºC.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
0
a
w
(%)
DO
a
w
(%)
S
a
w
(%)
S
a
w
(%)
Sacarose NaCl
6 hs equilíbrio
50 0 (I) 93,06 75,12 6,64* 5,41
47 3 (I) 93,64 61,38 5,27* 4,67
40 0 (I) 93,92 79,23 6,24* 5,22
37 3 (I) 94,72 70,62 6,74* 5,60
(I)a 93,64 - 3,33* 2,52 Sem tratamento
(I)b 91,20 - 4,47* 2,65
(I)c 94,78 - 6,43* 3,69
(I): secagem até peso constante;
*Valores lidos nas curvas de secagem
32
Tabela 6:
Conteúdo de água nas abóboras tratadas e não tratadas, em base
úmida, analisado no tecido sem tratamento, após a desidratação osmótica (
DO
)
e após a secagem (
S
) a 70ºC.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
0
a
w
(%)
DO
a
w
(%)
S
a
w
(%)
S
a
w
(%)
Sacarose NaCl
6 hs equilíbrio
50 0 (I) 92,63 76,22 4,18* 3,45
47 3 (I) 93,80 62,51 3,95* 3,31
(II) 92,90 73,78 5,17
(I) 93,13 79,14 4,19* 3,26 40 0
(II) 91,36 78,74 4,31
(I) 94,63 72,72 4,59* 3,89 37 3
(II) 91,57 73,01 5,13
(I)a 91,16 - 3,16* 2,53 Sem tratamento
(I)b 94,78 - 6,35* 2,54
(II) 92,78 2,11
(I): secagem até peso constante; (II):secagem por 6 horas;
*Valores lidos nas curvas de secagem
Notam-se variações entre o teor inicial de água das diversas abóboras
frescas, e diferença entre o teor de água das amostras após a desidratação
osmótica em solução de sacarose-sal a 47%-3%. Esse comportamento tem
sido observado com abóbora em outros trabalhos (MAURO et al., 2005) e
parece estar mais relacionado à estrutura do tecido, como dureza e
constituição fibrosa, do que à umidade inicial.
A
Tabela 7
demonstra a variação total de massa (equação 5), a variação
de massa de água (equação 6), de sacarose (equação 7), de sal (equação 8) e
a eficiência do processo (equação 9), dos ensaios de desidratação osmótica
que precederam as secagens a 60
o
C, enquanto que a
Tabela 8
refere-se aos
ensaios que precederam as secagens a 70
o
C. Nos ensaios identificados pelo
algarismo (I), as análises de açúcares e sais foram conduzidas nas amostras
frescas e desidratadas osmoticamente. Nos ensaios identificados por (II) isso
não ocorreu, sendo que os sólidos ganhos foram calculados por diferença entre
variação de massa de água e a variação total de massa (
MM
a
∆−∆ ).
Observa-se que o máximo de perda de água ocorreu quando o tratamento
osmótico foi conduzido em soluções com a presença de sal, o que não
33
significou máxima eficiência em todos os casos. A eficiência obtida nos ensaios
preliminares (
Tabela 1
e
Tabela 2
) é aproximadamente reproduzida nos
ensaios prévios à secagem, com exceção das repetições dos ensaios 47-3% e
37-3% (
Tabela 8
). É possível observar, mais uma vez, que as duplicatas dos
ensaios demonstram considerável variação. Ao mesmo tempo, os desvios
padrão, dentro de um mesmo ensaio, são baixos, demonstrando que, quando é
utilizada uma mesma abóbora, há pouca diferença entre as diversas amostras.
Tabela 7
: Variação total de massa (
M
∆ ), variação de massa de água (
a
M
∆ ),
de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em relação à massa inicial (
0
M
)
das amostras, e eficiência (
E
), em uma hora de desidratação osmótica em
diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl, conduzida previamente à
secagem a 60ºC.
Concentração na
solução osmótica (%,
p/p)
Sacarose NaCl
M
∆
%
a
M
∆
%
sac
M
∆
%
sal
M
∆
%
E
%
50 0 (I)
39,10
±
0,67 47,32
±
0,51 6,82
±
0,09
-
6,94
±
0,17
47 3 (I)
58,01
±
0,49 67,87
±
0,30 5,82
±
0,08 0,90
±
0,01 10,10
±
0,18
40 0 (I)
34,12
±
1,68 41,72
±
1,33 6,84
±
0,19
-
6,11
±
0,35
37 3 (I)
49,13
±
0,97 58,79
±
0,69 7,19
±
0,15 1,10
±
0,02 7,10
±
0,23
(I): análise se açúcares e sódio nas amostras frescas e desidratadas osmoticamente.
34
Tabela 8
: Variação total de massa (
M
∆ ), variação de massa de água (
a
M
∆ ),
de sacarose (
sac
M
∆ ) e de sal (
sal
M
∆ ), todas em relação à massa inicial (
0
M
)
das amostras, e eficiência (
E
), em uma hora de desidratação osmótica em
diferentes soluções de sacarose e sacarose-NaCl, conduzida previamente à
secagem a 70ºC.
Concentração na
solução osmótica (%,
p/p)
Sacarose NaCl
M
∆
%
a
M
∆
%
sac
M
∆
%
sal
M
∆
%
E
%
50 0 (I)
34,44
±
1,09 42,66
±
0,83 6,22
±
0,14
-
6,86
±
0,29
47 3 (I)
60,13
±
1,02 68,87
±
0,64 6,82
±
0,20 0,85
±
0,02 8,98
±
0,35
(II)
40,07
±
0,80 48,68
±
0,59
8,61*
-5,66
±
0,21
40 0 (I)
33,54
±
0,85 40,53
±
0,67 6,64
±
0,10
-
6,11
±
0,20
(II)
29,02
±
1,69 35,47
±
1,33
6,45* -
5,52
±
0,51
37 3 (I)
45,92
±
1,07 55,30
±
0,78 7,25
±
0,16 1,20
±
0,02 6,55
±
0,23
(II)
34,84
±
1,35 43,99
±
0,99
9,15*
4,81
±
0,31
(I): análise se açúcares e sódio nas amostras frescas e desidratadas osmoticamente;
(II) análise de açúcares e sódio somente nas amostras frescas.
*Ganho de soluto (sacarose ou sacarose+NaCl), calculado por diferença:
(
MM
a
∆−∆
).
5.2.1. ESPESSURA
Na secagem de grãos, mudanças de densidade, porosidade e
encolhimento durante o processo são geralmente negligenciados. Esta
suposição é feita por conveniência matemática, e é uma aproximação razoável,
ainda que não seja necessariamente válida para toda faixa de umidade. Por
outro lado, na secagem de frutas e vegetais, há uma mudança perceptível no
volume durante o processo, e por essa razão, negligenciar o encolhimento
pode ser uma aproximação grosseira. A consideração do encolhimento nos
modelos matemáticos requer o uso de soluções numéricas. No entanto,
aproximações baseadas em soluções analíticas da equação de difusão têm
sido propostas, na maioria das vezes associadas à determinação dos
coeficientes de difusão em função da concentração (SARAVACOS &
RAOUZEOS, 1985, RAGHAVAN
et al.
,1995).
35
O encolhimento de alimentos, em alguns casos, se iguala ao volume de
água removido. Esse comportamento tem sido observado em cenouras,
durante todo o processo de secagem (LOZANO
et al.,
1983, KROKIDA &
MAROULIS, 1997,
apud
MAYOR & SERENO, 2004). Outros produtos, no
entanto, apresentam nas etapas finais de secagem, maior volume de água
removido que redução no volume da amostra. Isso foi constatado em batata e
batata doce (LOZANO
et al.,
1983, WANG & BRENNAN, 1995,
apud
MAYOR &
SERENO, 2004) e em maçã (KROKIDA & MAROULIS, 1997, LOZANO
et al.
,
1980, MOREIRA
et al.
, 2000,
apud
MAYOR & SERENO, 2004). Quando o
processo está na faixa de baixo conteúdo de umidade e ocorre a transição de
fase do estado borracha para o estado vítreo, a rigidez do material interrompe o
encolhimento do mesmo e a formação de poros pode ocorrer paralelamente.
Estudos anteriores mostraram que o encolhimento de fatias de abóbora
(
Cucurbita moschata
) varia proporcionalmente com o volume de água perdido
durante a secagem. A densidade do tecido de abóbora fresco, tratado
osmoticamente em soluções de sacarose (60%, p/p) e seco (com e sem
tratamento), foi medida experimentalmente por picnometria, utilizando toluol
como fluido de preenchimento, e os resultados mostraram que a redução de
volume foi sempre semelhante à soma da variação dos volumes dos
componentes, tanto durante a desidratação osmótica quanto durante a
secagem (MAURO
et al.
, 2005).
As espessuras das fatias, após a DO e após a secagem, foram
calculadas a partir da variação de volume das amostras (equação 14),
considerando-se que o encolhimento ocorreu igualmente em todas as
dimensões. Também se considerou que os volumes de água, sal e sacarose
podem ser adicionados como componentes puros (equação 14). As densidades
utilizadas foram 1,588 g/cm
3
(sacarose) e 2,163 g/cm
3
(NaCl) (PERRY &
CHILTON, 1980). A densidade da abóbora in natura, considerada 1,011 g/cm
3
(MAURO
et al.
, 2005), assim como a variação das massas de água, de
sacarose e de sal, foram utilizadas no cálculo de encolhimento
(Tabela 9
e
Tabela 10)
e subseqüente cálculo de espessura, considerando que todas as
dimensões do sólido encolheram igualmente. Como os conteúdos finais de
sacarose e de sal não foram medidos, separadamente, após os pré-
36
tratamentos das amostras, nos ensaios (II), um ganho médio de sal foi
estimado com base nos resultados dos ensaios (I) para calcular o
encolhimento.
Tabela 9:
Variação volumétrica das abóboras durante o processo da
desidratação osmótica (
DO
) e secagem (
S
) a 60
o
C, e encolhimento total.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
Encolhimento
na DO:
0
0
V
VV
DO
−
Encolhimento
na Secagem:
DO
SDO
V
VV
−
Encolhimento
Total:
0
0
V
VV
S
−
Sacarose NaCl
(%) (%) (%)
50 0 (i) 43 79 88
47 3 (I) 64 70 89
40 0 (I) 37 82 89
37 3 (I) 55 81 92
(I)a - - 94 Sem tratamento
(I)b - - 92
(I)c 95
(I): secagem até peso constante.
Tabela 10:
Variação volumétrica das abóboras durante o processo da
desidratação osmótica (
DO
) e secagem (
S
) a 70
o
C, e encolhimento total.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
Encolhimento
na DO:
0
V
VV
DOO
−
Encolhimento
na Secagem:
DO
SDO
V
VV
−
Encolhimento
Total:
0
0
V
VV
S
−
Sacarose NaCl
(%) (%) (%)
50 0 (I) 38 79 87
47 3 (I) 64 69 89
(II) 43 77 87
(I) 36 82 89 40 0
(II) 31 81 87
(I) 50 78 89 37 3
(II) 39 76 85
(I)a - - 92 Sem tratamento
(I)b - - 96
(II) 94
(I): secagem até peso constante; (II):secagem por 6 horas.
37
As variações volumétricas durante a desidratação osmótica das fatias
imersas em soluções compostas de sacarose-sal tendem a ser superiores
àquelas observadas nas amostras tratadas somente com sacarose. As
amostras que tiveram maior redução do volume durante a DO apresentaram
menor variação na secagem. Isso resultou numa redução volumétrica total (DO
+ secagem) muito semelhante entre todas as amostras tratadas. A
impregnação de sólidos contribuiu para reduzir o encolhimento das amostras
tratadas em comparação com o volume final das amostras não tratadas.
Na
Tabela 11
e
Tabela 12
são reportadas as espessuras das amostras
que foram pré-tratadas ou não e submetidas às secagens a 60 e 70
o
C. As
espessuras foram calculadas com base na variação volumétrica (equação 14),
considerando-se encolhimento semelhante em todas as dimensões. A
espessura inicial se refere à dimensão antes da secagem (
L
0
), medida nas
amostras sem tratamento (4 mm) ou calculada após desidratação osmótica,
como descrito acima.
Tabela 11:
Espessuras das amostras sem tratamento ou desidratadas
osmoticamente, calculadas antes das secagens a 60ºC e após as secagens, e
média entre espessura inicial e final.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
Espessura
inicial,
L
0
Espessura após
a secagem
Média
Sacarose NaCl
mm Mm mm
50 0 (I) 3,3 2,0 2,6
47 3 (I) 2,9 1,9 2,4
40 0 (I) 3,4 1,9 2,7
37 3 (I) 3,1 1,8 2,4
(I)a 4,0 1,5 2,8 Sem tratamento
(I)b 4,0 1,7 2,9
(I)c 4,0 1,4 2,7
Espessura da amostra in natura = 4,0 mm (medida)
(I): secagem até peso constante.
38
Tabela 12:
Espessuras das amostras sem tratamento ou desidratadas
osmoticamente, calculadas antes das secagens a 70ºC e após as secagens, e
média entre espessura inicial e final.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
Espessura
inicial,
L
0
Espessura após
a secagem
Média
Sacarose NaCl
mm mm mm
50 0 (I) 3,4 2,0 2,7
47 3 (I) 2,8 1,9 2,4
(II) 3,3 2,0 2,7
(I) 3,4 1,9 2,7 40 0
(II) 3,5 2,0 2,8
(I) 3,2 1,9 2,6 37 3
(II) 3,4 2,1 2,8
(I)a 4,0 1,7 2,9 Sem tratamento
(I)b 4,0 1,4 2,7
(II) 4,0 1,6 2,8
Espessura da amostra in natura = 4,0 mm (medida)
(I): secagem até peso constante; (II):secagem por 6 horas.
As espessuras foram utilizadas na determinação da difusividade da água
durante a secagem, como será descrito no item a seguir.
5.2.2. CINÉTICA DE SECAGEM
O conteúdo de umidade determinado experimentalmente em função do
tempo, em base seca, é apresentado para secagem a 60
o
C de fatias de
abóbora sem tratamento (
Figura 6)
e pré-tratadas osmoticamente (
Figura 7
).
O número de pontos experimentais foi reduzido, resultando um desenho de
linhas delgadas. Na
Figura 6
, constata-se a diferença da umidade inicial das
abóboras utilizadas, que separa significativamente as curvas, durante as
primeiras duas horas de secagem.
39
Figura 6:
Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60ºC, das
fatias de abóboras sem pré-tratamento. (I) - secagem até peso constante; (II) -
secagem por 6 horas.
As amostras frescas necessitam de quase 3 horas de secagem para
atingirem uma umidade próxima daquela de equilíbrio. Quando as amostras
são pré-tratadas (
Figura 7
), constata-se que, em duas horas de secagem, os
níveis de umidade já são bastante baixos, ainda que demorem mais a
estabilizar.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
0123456
Tempo (horas)
(I)a
(I)b
(II)
)(
tX
40
Figura 7:
Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60ºC, das
fatias de abóboras pré-tratadas osmoticamente e submetidas à secagem com
ar aquecido. Ensaios de secagem até peso constante (I).
O conteúdo de umidade determinado experimentalmente em função do
tempo, em base seca, também é apresentado para secagem a 70
o
C de fatias
de abóbora sem tratamento (
Figura 8)
e pré-tratadas osmoticamente (
Figura
9
). Mais uma vez, constata-se diferença de conteúdo inicial de água entre as
abóboras utilizadas (
Figura 8
), o que separa as curvas, durante as primeiras
duas horas de secagem. Esse efeito é menos proeminente quando as
amostras são tratadas (
Figura 9
), devido à umidade inicial ser bem menor para
o tecido tratado, porém pode ser detectado nos ensaios correspondentes ao
tratamento em solução de 47% sacarose-3% NaCl.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0123456
Tempo (horas)
50%
47-3%
40%
37-3%
)(
tX
41
Figura 8:
Comparação entre curvas experimentais de secagem a 70ºC, das
abóboras sem pré-tratamento. (I) - secagem até peso constante; (II) - secagem
por 6 horas.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
0123456
Tempo (horas)
(I)a
(I)b
(II)
)(
tX
42
Figura 9:
Comparação entre curvas experimentais de secagem a 70ºC, das
abóboras pré-tratadas osmoticamente e submetidas à secagem com ar
aquecido. (I) - secagem até peso constante; (II) - secagem por 6 horas.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0123456
Tempo (horas)
50%
47-3% (I)
47-3% (II)
40% (I)
40% (II)
37-3% (I)
37-3% (II)
)(
tX
43
Figura 10:
Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60 e 70ºC,
das abóboras sem pré-tratamento. (I) - secagem até peso constante; (II) -
secagem por 6 horas.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
0123456
Tempo (horas)
60ºC (I)
60ºC (II)
70ºC (I)
70ºC (II)
)(
tX
44
Figura 11:
Comparação entre curvas experimentais de secagem a 60 e 70ºC,
das abóboras pré-tratadas osmoticamente e submetidas à secagem com ar
aquecido. Ensaios de secagem até peso constante (I).
Para estudar a transferência de massa durante a secagem, procedeu-se à
análise dos períodos de secagem. A taxa de secagem foi avaliada através dos
fluxos de massa de água evaporada, expressos como massa/(área x tempo).
Para tanto foram determinadas pequenas variações no conteúdo de umidade
(
X
∆ ) e correspondente variação no tempo
t
∆
(TREYBAL, 1980):
tA
X
SN
s
∆
∆
−= (16)
s
S
representa a massa de sólidos secos e
A
é a superfície úmida através
da qual a evaporação ocorre.
Nas
Figuras 12
e
13
estão apresentadas as taxas de secagem das
amostras sem tratamento, submetidas à secagem a 60ºC e 70ºC. As taxas
estão na forma de fluxos de água evaporada, de duas maneiras, uma
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0123456
Tempo (horas)
50% 60ºC
47-3% 60ºC
40% 60ºC
37-3% 60ºC
50% 70ºC
47-3% 70ºC
40% 70ºC
37-3% 70ºC
)(
tX
45
considerando que a área de transferência (área superficial das fatias) é igual à
inicial durante toda a secagem, sendo representada por A(0). Na outra forma,
considerou-se que a área sofreu redução ao longo da secagem e, portanto,
variou com o tempo, sendo representada por A(t). O procedimento para o
cálculo da redução de área foi similar ao da espessura, isto é, considerou-se
que o encolhimento ocorreu igualmente em todas as dimensões.
Figura 12:
Taxas de secagem em função da umidade (bs), calculadas com
área inicial (A(0)) e área variando com o tempo (A(t)), das fatias de abóboras
sem pré-tratamento. Secagem a 60ºC. Ensaio de secagem até peso
constante (I).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
024681012
X
(bs)
Fluxo de massa (x 10
6
g.cm
-2
.seg
-1
)
Sem tratamento, A(0), 60ºC
Sem tratamento, A(t), 60ºC
46
Figura 13:
Taxas de secagem em função da umidade (bs), calculadas com
área inicial (A(0)) e área variando com o tempo (A(t)), das fatias de abóboras
sem pré-tratamento. Secagem a 70ºC. Ensaio de secagem até peso
constante (I)a.
Na
Figura 12
(60
o
C) não foi detectado período de secagem constante nas
amostras sem tratamento, mesmo quando se considerou que a área de
transferência sofreu redução durante o processo. Na
Figura 13
(70
o
C) detecta-
se um patamar na faixa de umidade (
X
) de 9 a 10, o que corresponde aos
primeiros 20 minutos de secagem. Testaram-se também as taxas de secagem
com as amostras pré-tratadas, o que diminui a possibilidade de haver taxa
constante, uma vez que essas amostras têm umidade bem mais baixa que as
não tratadas. A
Figura 14
ilustra a taxa de secagem de fatias de abóbora pré-
tratadas em solução com 47% sacarose - 3% de sal e secas a 70ºC.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
024681012
X
(bs)
Fluxo de massa (x 10
6
g.cm
-2
.seg
-1
)
Sem tratamento, A(0), 70ºC
Sem tratamento, A(t), 70ºC
47
Figura 14:
Taxas de secagem em função da umidade (bs), calculadas com a
área inicial (A(0)) e a área variando com o tempo (A(t)), das fatias de abóboras
tratadas em solução osmótica a 47% de sacarose e 3% de sal. Secagem a
70ºC. Ensaios de secagem até peso constante (I).
Comparando-se as
Figuras 13
e
14
, constata-se que, a 70
o
C, as
amostras tratadas apresentam, durante a secagem, fluxo de massa de vapor
de água maior que as amostras não tratadas.
No início da secagem, visualiza-se claramente, nas
Figuras 12, 13 e 14
,
que as taxas de secagem se encontram em um período de acomodação,
devido à amostra estar fria e, conforme a temperatura de superfície aumenta a
taxa de evaporação também aumenta.
Inicialmente, para o estudo da cinética de secagem, utilizou-se o modelo
de difusão, isto é, a Segunda Lei de Fick (equação 2).
Considerou-se que as
fatias de abóbora se aproximam de uma placa plana infinita, com ambas as
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 0,5 1 1,5 2
X
(bs)
Fluxo de massa (x 10
6
g.cm
-2
.seg
-1
)
47% sacarose-3% sal, A(0), 70ºC
47% sacarose-3% sal, A(t), 70ºC
48
faces expostas ao ar de secagem, e que a difusividade é constante (equação
10). Os dados foram registrados a cada segundo. Portanto, para determinar os
coeficientes de difusão da água (equação 10), selecionaram-se em torno de
dez pontos experimentais, até uma umidade residual de 0,01, em base seca.
Foi utilizado um programa comercial (Origin 3.5), que ajusta equações não
lineares. A equação foi ajustada aos dados experimentais, utilizando-se quatro
termos da série, com base na minimização do quadrado dos resíduos relativos.
Os coeficientes efetivos foram determinados com a espessura
L
, calculada
como uma “média” entre a final e a inicial, e também foram determinados com
a “espessura inicial”, para efeito de comparação com resultados obtidos em
outros trabalhos, uma vez que isso é usualmente encontrado na literatura
(VACAREZZA & CHIRIFE, 1975). Ainda que a utilização da solução analítica
da Equação de Fick, integrada, não compute o encolhimento, a consideração
da espessura média acarretará num valor de difusividade efetiva mais próximo
do valor real.
Os coeficientes determinados com a “espessura média” estão
apresentados nas
Tabelas 13
(60
o
C) e
14
(70
o
C), enquanto que os
determinados com a “espessura inicial” estão na
Tabela 15
(60
o
C) e
16
(70
o
C).
Também são reportados os valores da Raiz Quadrada da Média dos Resíduos
(
RQMR
), definida por:
()
[]
2/1
1
2
expcalcexp
/)1/(1100(%)
−−−=
∑
n
pnRQMR
XXX (17)
onde
)(
calcexp
XX
−
é o resíduo, a diferença entre o valor experimental (exp) e
o calculado (calc);
n
é o número de observações (10), ou resíduos;
p
é o
número de variáveis independentes na equação ajustada(1) e (
n
-
p
-1) define o
grau de liberdade.
49
Tabela 13:
Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 60ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as “espessuras médias”.
D
ef
x 10
6
RQMR
Concentração na solução osmótica
(%, p/p)
(cm
2
/s) (%)
Sacarose NaCl
50 0 (I) 3,13 38
47 3 (I) 3,44 41
40 0 (I) 3,25 42
37 3 (I) 2,84 37
(I)a 2,45 108 Sem tratamento
(I)b 2,54 81
(I)c 3,04 87
(I): secagem até peso constante.
Tabela 14:
Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 70ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as “espessuras médias”.
D
ef
x 10
6
RQMR
Concentração na solução osmótica
(%, p/p)
(cm
2
/s) (%)
Sacarose NaCl
50 0 (I) 3,50 39
47 3 (I) 4,65 52
(II) 3,59 40
(I) 4,03 46 40 0
(II) 3,54 49
(I) 4,05 47 37 3
(II) 3,82 38
(I)a 3,60 96 Sem tratamento
(I)c 3,19 105
(II) 3,18 103
(I): secagem até peso constante; (II):secagem por 6 horas.
Os coeficientes efetivos de difusão resultaram maiores com o aumento da
temperatura, como esperado. Os solutos parecem não afetar a difusividade da
água, uma vez que os valores são bastante próximos, porém alguns são um
pouco superiores, e correspondem a amostras tratadas osmoticamente (
Tabela
13
e
14
). A 60
o
C a média dos coeficientes, com base na “espessura média”, foi
2,96x10
-6
cm
2
/s e o desvio padrão, 0,36x10
-6
cm
2
/s, enquanto que a 70
o
C foi
50
3,63x10
-6
cm
2
/s e 0,50x10
-6
cm
2
/s, respectivamente. No entanto, é esperado que
a difusividade da água diminua com a presença dos solutos impregnados no
tecido, seja pela interação dos mesmos com a água, seja pelo efeito de
barreira que a solução exerce sobre o vapor de água quando preenche os
poros. Portanto, uma possível explicação para a semelhança entre as
difusividades, seria um encolhimento rápido da superfície da amostra sem
tratamento, devido ao teor de água elevado (92 a 94%, bu). Poderia ocorrer
endurecimento de partes superficiais (crostas) que reduziriam a área disponível
para a transferência de água e aumentariam a resistência à difusão da mesma.
Resultados semelhantes já foram observados em secagem de pêras (PARK
et
al.
, 2003), abóboras (MAURO
et al
., 2005) e carambolas (SHIGEMATSU,
2004).
Cabe também destacar que não é suficiente para antecipar se a
difusividade será maior ou menor somente com base na forma das curvas de
umidade em base seca, pois esta depende das umidades residuais e da
espessura. Apesar das três curvas de secagem de abóboras frescas serem
diferentes (
Figuras 5 e 7
), as umidades residuais das mesmas foram
parecidas, especialmente nas secagens a 70
o
C e, conseqüentemente, os
coeficientes efetivos de difusão apresentaram valores próximos (
Tabelas 13
e
14
).
Os coeficientes efetivos determinados com a “espessura inicial” (
Tabela
15
e
16
) são maiores que aqueles determinados com a “espessura média”
(
Tabela 13
e
14
). A média dos coeficientes efetivos e os desvios-padrão
passaram a ser, para secagem a 60
o
C, 5,20x10
-6
cm
2
/s e 0,70x10
-6
cm
2
/s,
enquanto que a 70
o
C foram 6,11x10
-6
cm
2
/s e 0,74x10
-6
cm
2
/s, respectivamente.
A difusividade nas amostras frescas resultou superior à determinada nas
amostras pré-tratadas. Esses resultados demonstram a importância do
encolhimento no processo de secagem, e a limitação da análise quando se
utilizam as soluções analíticas da equação de difusão, na forma integrada.
51
Tabela 15
: Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 60ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as espessuras iniciais.
D
ef
x 10
6
RQMR
Concentração na solução osmótica
(%, p/p)
(cm
2
/s) (%)
Sacarose NaCl
50 0 (I) 4,96 38
47 3 (I) 4,93 41
40 0 (I) 5,26 42
37 3 (I) 4,44 37
(I)a 5,14 108 Sem tratamento
(I)b 4,97 81
(I)c 6,68 87
(I): secagem até peso constante.
Tabela 16
: Coeficientes efetivos de difusão de umidade obtidos nas amostras
tratadas e não tratadas, secas a 70ºC, calculados segundo equação (10),
utilizando as espessuras iniciais.
D
ef
x 10
6
RQMR
Concentração na solução osmótica
(%, p/p)
(cm
2
/s) (%)
Sacarose NaCl
50 0 (I) 5,50 39
47 3 (I) 6,63 52
(II) 5,73 40
(I) 6,53 46 40 0
(II) 5,66 49
(I) 6,25 47 37 3
(II) 5,80 38
(I)a 7,04 96 Sem tratamento
(I)b 7,00 105
(II) 6,49 103
(I): secagem até peso constante; (II):secagem por 6 horas.
O que se percebeu, nesses experimentos, foi influência de diversas
variáveis sobre as quais não se tinha controle. A falta de homogeneidade entre
as diferentes abóboras, quanto à umidade inicial e estrutura do tecido, foi uma
delas. As oscilações da umidade relativa também são fonte de variações. Isso
pôde ser avaliado, após a secagem, através das umidades relativas, tomadas
pela leitura das temperaturas de bulbo seco e úmido, antes e depois das
52
bandejas. A velocidade de 2 m/s foi razoável para a tomada de temperatura de
bulbo úmido, como pôde-se verificar aumentando-se a velocidade a valores
maiores sem se constatar variações significativas.
As umidades relativas do ar de secagem dos ensaios realizados,
predominantemente, em dias bastante secos, estão apresentadas nas
Tabelas
17
e
18
.
Tabela 17:
Umidade relativa durante as secagens a 60ºC.
Concentração na solução osmótica
(%, p/p)
UR
Variação média na
primeira hora
UR
Média ao final da
secagem
Sacarose NaCl
%
(%)
50 0 (I) 12,7-10 10
47 3 (I) 14-11 10,5
40 0 (I) 14-9 9
37 3 (I) 17-15 14
(I)a 13-10 9 Sem tratamento
(I)b 14-11 10
(I)c 17-14,5 15
(I): secagem até peso constante.
Tabela 18:
Umidade relativa durante as secagens a 70ºC.
Concentração na solução
osmótica (%, p/p)
UR
Variação média na
primeira hora
UR
Média ao final da
secagem
Sacarose NaCl
%
(%)
50 0 (I) 13-10 9
47 3 (I) 12-8 8
(I) 10-8 7 40 0
(II) 12,5-8,3 8,3
(I) 13-10 10 37 3
(II) 12-8 8
(I)a 10,5-8 8 Sem tratamento
(I)b 10-9 9,5
(II) 13-9 7
(I): secagem até peso constante; (II):secagem por 6 horas.
53
Nas
Figuras 15
e
16,
os dados experimentais são comparados com os
calculados empregando a solução analítica da equação de Fick (equação 10)
para placas infinitas, para as secagens a 60 e 70
o
C, respectivamente.
Figura 15:
Comparação entre dados de umidade residual média, em base
seca, experimentais e calculados segundo equação (10), durante secagem a
60ºC. Ensaios de secagem até peso constante.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
01234
Tempo (horas)
nat exp
nat calc
50% exp
50% calc
47-3% exp
47-3% calc
40% exp
40% calc
37-3% exp
37-3% calc
eq
eq
XX
XtX
−
−
0
)(
54
Figura 16:
Comparação entre dados de umidade residual média, em base
seca, experimentais e calculados segundo equação (10), durante secagem a
70ºC. Ensaios de secagem até peso constante, (I)a.
O ajuste do modelo de difusão (equação 10) aos dados experimentais de
secagem a 60 e 70
o
C foi ineficiente, principalmente quando as amostras não
eram pré-tratadas, o que se constata nas
Figuras 14
e
15
, assim como nos
desvios medidos pela
RQMR
(
Tabelas 13
a
16
). Neste caso considerou-se que
apenas a difusão controlou o processo de secagem, tanto das amostras
tratadas quanto das não tratadas. Apesar dos ajustes mostrarem que a
transferência não é bem representada por tal modelo, a determinação dos
coeficientes de difusão é útil como comparação com outros trabalhos
reportados na literatura. Equações empíricas como a de Page (equação 4) ou
semi-empíricas como a de Lewis (equação 3), podem acomodar melhor os
dados experimentais, porém, dificultam esse tipo de comparação. No presente
trabalho, ainda existe um agravante, que é o fato da espessura das amostras
tratadas e não tratadas ser diferente entre diferentes ensaios no início da
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
01234
Tempo (horas)
nat exp
nat calc
50% exp
50% calc
47-3% exp
47-3% calc
40% exp
40% calc
37-3% exp
37-3% calc
eq
eq
XX
XtX
−
−
0
)(
55
secagem. Portanto, modelos que não incluem as dimensões da amostra e suas
variações também não são adequados para avaliar os processos estudados
neste trabalho.
Analisou-se a hipótese de que a secagem das amostras sem pré-
tratamento tenha sido totalmente controlada pela difusão interna, no início da
secagem. Entretanto, pode existir um período de taxa constante e um período
de taxa decrescente, este último referido como período de evaporação de
superfície insaturada, durante o qual a taxa de secagem varia linearmente com
o conteúdo de umidade
X
(TREYBAL, 1980). Neste caso é esperada uma curva
de umidade residual representada por uma equação cuja funcionalidade é
descrita por uma expressão exponencial (TREYBAL, 1980).
Assumindo-se uma analogia com o modelo exponencial de Lewis
representado pela equação 3, aplicou-se o mesmo ao que se denominou de
“primeira etapa” de secagem, para amostras sem pré-tratamento. Conforme
pode se observar na
Figura 17
, a equação se ajustou bem aos valores
experimentais, durante os primeiros 45 minutos da secagem a 60
o
C. A 70
o
C,
no entanto, a umidade residual foi bem representada por uma equação linear
nos primeiros 30 minutos de secagem, o que corresponderia a uma taxa
constante de secagem. Também foi avaliado o caso de amostras pré-tratadas
em solução a 47% sacarose-3% sal e secagem a 70
o
C, sendo que o modelo
exponencial foi eficiente para os primeiros 20 minutos.
A partir daí, considerou-se uma “segunda etapa” de secagem, na qual a
equação de Fick foi ajustada aos dados experimentais, assumindo-se que a
umidade inicial, nessa fase do processo, é aquela registrada ao final da
“primeira etapa” de secagem. As umidades residuais foram recalculadas para a
“segunda etapa”. Isso significa que a segunda parte da curva foi trazida para
um hipotético tempo inicial (zero) de secagem. Com essa nova umidade inicial
também foi estimada uma correspondente “espessura inicial”, utilizada, por sua
vez, no cálculo da “espessura média” das fatias nessa segunda etapa de
secagem.
56
Figura 17:
Comparação entre as umidades residuais (base seca) obtidas
experimentalmente (exp) na “primeira etapa” de secagem e calculadas (calc)
segundo modelo linear e exponencial (equação 3), de amostras sem
tratamento (secagem a 60
o
C (I)b e 70ºC (I)a), e de amostra tratada em solução
com 47% sacarose-3% sal (secagem a 70ºC (I)a).
Na segunda etapa de secagem a 70
o
C das amostras sem tratamento, o
resultado foi um ajuste melhor, onde se obteve um coeficiente efetivo de
difusão igual a 3,2 10
-6
cm
2
/s, semelhante ao obtido anteriormente, quando o
controle difusivo era considerado sobre toda a secagem (
Tabela 14
, ensaio
(I)a). O
RQMR
igual a 47%, por outro lado, resultou inferior ao anterior, que
estava em torno de 100%. O mesmo procedimento, aplicado à secagem a 60
o
C
de fatias não tratadas (
Tabela 13
, ensaio (I)b) resultou numa redução do
coeficiente efetivo de difusão, de 2,5 para 2,1 10
-6
cm
2
/s. Porém a eficiência do
ajuste, medida através do
RQMR
, foi melhorada, ficando em torno de 43%
(
Figura 18
), em comparação com 81% anterior. O teste também foi feito com
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
00,511,5
Tempo (horas)
nat 60ºC exp
nat 70ºC exp
47-3% 70ºC exp
nat 60°C calc exponencial
nat 70°C calc linear
47-3% 70°C calc exponencial
eq
eq
XX
XtX
−
−
0
)(
57
material tratado. Para secagem a 70
o
C de material pré-tratado em solução de
47% sacarose-3% sal, o coeficiente foi 2,8 10
-6
cm
2
/s, bem inferior ao valor 4,7
10
-6
cm
2
/s, previamente obtido nesse ensaio (
Tabela 14
, ensaio (I)a). A
aplicação do modelo, entretanto, pouco alterou o
RQMR
, que resultou em 57%.
Figura 18:
Comparação entre as umidades residuais (base seca) obtidas
experimentalmente (exp) na “segunda etapa” de secagem e calculadas (calc)
pela solução da equação de Fick (equação 10), representando o início dessa
etapa no instante zero. Amostras sem tratamento (secagem a 60
o
C (I)b e
70ºC(I)a) e amostra tratada em solução com 47% sacarose-3% sal (secagem a
70ºC(I)a).
Uma outra tentativa para avaliar essa “segunda etapa” de secagem foi
não trazer a segunda parte da curva para o tempo pseudo-inicial (zero) de
secagem, mas sim, ajustar a equação de Fick diretamente e a partir da
umidade residual previamente calculada da primeira etapa. Os resultados são
mostrados na
Figura 19
. Observa-se que as umidades residuais sempre foram
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
01234
Tempo (horas)
nat 60ºC exp
nat 60ºC calc
nat 70ºC exp
nat 70ºC calc
47-3% 70ºC exp
47-3% 70ºC calc
eq
eq
XX
XtX
−
−
0
)(
58
menores que 0,6. Para as amostras sem pré-tratamento, o ajuste a esse
modelo gerou erros maiores que os obtidos quando a curva foi deslocada para
o tempo zero. A comparação entre os valores experimentais e os teóricos pode
ser observada na
Figura 19
. A 70
o
C, o coeficiente de difusão foi 2,6 10
-6
cm
2
/s
e o
RQMR
superou 110%. A 60
o
C, o coeficiente foi 1,7 10
-6
cm
2
/s e o
RQMR
ficou em torno de 60%. A amostra pré-tratada apresentou coeficiente igual a
3,7 10
-6
cm
2
/s e
RQMR
em torno de 70%, valor alto devido aos resíduos
correspondentes às menores umidades que, por serem calculados
relativamente ao valor experimental, amplificam o erro total.
Figura 19:
Comparação entre as umidades residuais (base seca) obtidas
experimentalmente (exp) na “segunda etapa” de secagem e calculadas (calc)
pela equação de Fick (equação 10). Amostras sem tratamento (secagem a
60
o
C (I)b e 70ºC(I)a) e amostra tratada em solução com 47% sacarose-3% sal
(secagem a 70ºC(I)a).
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
01234
Tempo (horas)
nat 60ºC exp
nat 60ºC calc
nat 70ºC exp
nat 70ºC calc
47-3% 70°C exp
47-3 70°C calc
eq
eq
XX
XtX
−
−
0
)(
59
Portanto, conclui-se que o início da secagem (primeira etapa), mesmo nos
ensaios em que as amostras foram pré-tratadas, poderia ser representado por
um período de taxa decrescente com superfície insaturada ou, como no caso
das amostras não tratadas e secas a 70
o
C, por um período de taxa constante.
No período referido como segunda etapa e com a consideração de que a curva
parte de um tempo pseudo-inicial (
Figura 18
), o ajuste da equação de Fick foi
melhor para as amostras sem pré-tratamento, se comparado ao ajuste aos
dados experimentais da curva completa de secagem. No entanto para a
amostra pré-tratada, o ajuste piorou em relação àquele feito anteriormente,
com a curva completa. Também piorou quando a curva não foi deslocada para
o tempo pseudo-inicial (
Figura 19
), ainda que, quando comparado com as
amostras não tratadas, tenha apresentado o melhor resultado.
60
5.3. AVALIAÇÃO SENSORIAL
As médias e desvios padrões dos valores atribuídos pelos provadores
para aparência geral, cor, sabor e textura das fatias de abóbora secas a 70ºC,
sem pré-tratamento osmótico e com pré-tratamento em soluções 50%
sacarose, 47% sacarose-3% NaCl, 40% sacarose e 37% sacarose-3% NaCl
são apresentados na
Tabela 19
.
As amostras tratadas obtiveram aceitação significativamente maior que as
não tratadas tanto para o atributo cor quanto para aparência geral, mas não
afetaram significativamente a aceitação do sabor e da textura.
Tabela 19:
Média e desvio padrão dos valores* atribuídos às amostras de
fatias de abóbora tratadas e não tratadas, secas a 70ºC.
Atributo
DMS** sem
tratamento
50%
sacarose
47% sac -
3% NaCl
40%
sacarose
37% sac -
3% NaCl
Cor 1,1 4,7 ± 2,2
a
6,1 ± 1,7
b
6,1 ± 1,7
b
6,4 ± 1,5
bc
7,3 ± 1,2
c
Aparência geral 1,1 4,2 ± 2,5
a
5,8 ± 1,6
b
6,3 ± 1,5
bc
6,8 ± 1,3
bc
7,2 ± 1,3
c
Sabor 1,3 5,1 ± 2,1
a
6,0 ± 2,0
a
5,5 ± 2,5
a
6,4 ± 1,3
a
5,5 ± 2,0
a
Textura 1,4 5,0 ± 2,6
a
5,6 ± 2,0
a
4,3 ± 2,1
a
5,5 ± 2,3
a
4,5 ± 2,0
a
* escala hedônica não estruturada (1=desgostei muitíssimo, 9= gostei muitíssimo).
**DMS diferença mínima significativa do teste de Tukey ao nível de 5%
Médias na mesma linha com letras diferentes apresentam diferença significativa ao nível de
5%.
Com relação à cor, os provadores reagiram indiferentemente à amostra
sem tratamento, ou seja, nem gostaram ou desgostaram da amostra, enquanto
as amostras tratadas obtiveram médias acima de 6,0 (gostei ligeiramente).
Resultados similares foram encontrados para o atributo aparência. Os
provadores observaram uma aparência mais rugosa na amostra não tratada e
uma coloração mais intensa e brilhante nas amostras tratadas.
Ao se analisar a textura, houve dúvidas quanto à ocorrência de alguma
transferência de umidade, durante o armazenamento das amostras,
61
anteriormente à análise, assim como quanto à exposição prolongada das
amostras ao ambiente, no dia da análise. Os resultados não demonstraram
diferenças significativas, sendo que em geral, os provadores reagiram
indiferentemente às amostras. Porém há alguma incerteza em função das
razões mencionadas. Em futuros trabalhos, recomendam-se cuidados com a
embalagem, que deve proporcionar barreira efetiva ao vapor de água, e com a
amostra, que deve ser servida rapidamente ao provador.
Embora a diferença entre a aceitação das amostras tratadas tenha sido
significativa entre poucos tratamentos (tratamentos a 50% e 47-3% diferiram
significativamente de 37-3% em cor e tratamento a 50% diferiu
significativamente de 37-3% em aparência geral), a distribuição de valores
hedônicos atribuídos às amostras (
Figura 20
)
mostra uma tendência para
maior aceitação da cor e aparência geral daquelas submetidas ao pré-
tratamento com solução 37% sacarose + 3% NaCl.
A baixa aceitação do sabor das amostras parece ser devido ao fato das
amostras apresentarem um sabor estranho de vegetal cru ao provador. O
tratamento com sacarose, além de mascarar o sabor de abóbora crua, conferiu
um sabor adocicado, que normalmente causa uma sensação agradável aos
provadores. Por outro lado, o tratamento com sacarose e NaCl conferiu um
gosto indefinido ao produto, ou seja, nem doce nem salgado, o que também
parece não agradar aos provadores.
62
Figura 20:
Distribuição da freqüência dos valores hedônicos atribuídos à cor ,
aparência geral ,sabor e textura das amostras sem tratamento e tratadas
em solução 50% sacarose, 47% sacarose e 3% sal, 40% sacarose, 37%
sacarose e 3% sal.
0
10
20
30
40
50
freqüência
sem tratamento
0
10
20
30
40
50
freqüência
sacarose 50%
0
10
20
30
40
50
freqüência
sac 47% + NaCl 3%
0
10
20
30
40
50
freqüência
sacarose 40%
0
10
20
30
40
50
123456789
freqüência
sac 37% + NaCl 3%
63
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
CONCLUSÕES
Através de ensaios preliminares de desidratação osmótica de fatias de
abóboras foi possível selecionar o tempo (1h) e a concentração de sacarose e
sacarose+sal (50% sacarose; 47% sacarose e 3% sal; 40% sacarose; 37%
sacarose e 3% sal) que maximizam a redução da quantidade de água e
minimizam o ganho de sólidos.
O ajuste da equação de Fick aos dados experimentais de secagem de
amostras não tratadas foi ineficiente e inferior ao ajuste aos dados
experimentais de amostras pré-tratadas. Houve indícios de que na primeira
etapa da secagem de amostras não tratadas ocorreu um período de taxa de
evaporação de superfície insaturada (60
o
C) ou um período de taxa de
evaporação constante (70
o
C).
Os coeficientes efetivos de difusão de umidade determinados nas
secagens a 60 e 70
o
C resultaram semelhantes entre amostras tratadas e não
tratadas. Diferenças observadas entre as curvas experimentais de secagem
foram associadas, principalmente, às menores espessuras das amostras
tratadas em comparação com as não tratadas.
A determinação de coeficientes de difusão a partir da solução analítica
integrada da equação de Fick, considerando “espessura inicial” e “espessura
média”, apresentou resultados diversos, mostrando a relevância do
encolhimento nos processos de secagem de materiais de alta umidade.
As umidades de equilíbrio foram afetadas pela incorporação de solutos ao
material e resultaram maiores que as umidades das abóboras não tratadas.
Os pré-tratamentos com sacarose ou sacarose + NaCl melhoraram
significativamente a cor e a aparência geral da abóbora em fatias secas.
64
SUGESTÕES
Estudar o efeito da resistência externa e a possível formação de crostas
sobre a superfície de pedaços de abóboras, variando as condições de
secagem (velocidade do ar, temperatura, umidade relativa).
Padronizar as condições da matéria-prima verificando seu ponto de
maturação, através da análise de sólidos solúveis e umidade. Para
comparações, proceder a ensaios simultâneos com a mesma matéria prima.
Utilizar modelos mais rigorosos para estudar a difusividade nesses
tecidos, levando em consideração a resistência externa e o encolhimento do
material.
Estudar a influência dos pré-tratamentos e do armazenamento sobre a
retenção de carotenóides nesses produtos secos à base de abóbora.
Estudar outros pré-processamentos como aplicação de coberturas
comestíveis, visando proteger o tecido vegetal dos efeitos adversos da
secagem convectiva sobre características físicas e nutricionais do mesmo.
Estudar embalagens apropriadas para os produtos secos, aos pedaços ou
moídos após a secagem, e avaliar as alterações dos mesmos durante o
armazenamento.
65
7. REFERÊNCIAS
ANVISA, Agência Nacional de Vigilância Sanitária, Ministério da Saúde, Brasil.
2006. Disponível em
http://www.anvisa.gov.br/rotulo/rotulo_produto_LST.asp?vCDCategoria=Psal.
Acesso em 15 julho 2006.
ANZALDÚA-MORALES, A.
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teoria y la práctica.
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brasileiros por cromatografia líquida de alta eficiência e espectrometria de
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Tese (Doutorado em Ciência de Alimentos), Faculdade de
Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas,
2003.
AZOUBEL, P.M.; MURR, F.E.X. Mass transfer kinetics of osmotic dehydration
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