( PDF ) Secagem de pimenta dedo-de-moça (Capsicum baccatum var. pendulum) em secador convectivo horizontal

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

ANTONIO ONIAS MESQUITA VÉRAS

SECAGEM DE PIMENTA DEDO-DE-MOÇA (Capsicum baccatum var.

pendulum) EM SECADOR CONVECTIVO HORIZONTAL

SÃO CARLOS

2010

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SECAGEM DE PIMENTA DEDO-DE-MOÇA (Capsicum baccatum var.

pendulum) EM SECADOR CONVECTIVO HORIZONTAL

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

ANTONIO ONIAS MESQUITA VÉRAS

SECAGEM DE PIMENTA DEDO-DE-MOÇA (Capsicum baccatum var.

pendulum) EM SECADOR CONVECTIVO HORIZONTAL

Dissertação de Mestrado apresentada

como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do título de Mestre em

Engenharia Química, área de

concentração em Pesquisa e

Desenvolvimento de Processos

Químicos

Orientador: Prof. Dr. José Teixeira Freire

SÃO CARLOS

2010

Ficha catalográfica elaborada pelo DePT da

Biblioteca Comunitária da UFSCar

V476sp

Véras, Antonio Onias Mesquita.

Secagem de pimenta dedo-de-moça (Capsicum baccatum

var. pendulum) em secador convectivo horizontal / Antonio

Onias Mesquita Véras. -- São Carlos : UFSCar, 2010.

79 f.

Dissertação (Mestrado) -- Universidade Federal de São

Carlos, 2010.

1. Secagem. 2. Pimenta dedo-de-moça. 3. Liofilização. 4.

Reidratação. 5. Germinação. I. Título.

CDD: 660.28426 (20

)

A Deus Jeová e seu filho Jesus,

aos meus pais Sudá e Onísia, à

minha irmã maravilhosa Sudanísia e

à minha amada e preciosa Abigail.

AGRADECIMENTOS

A Deus por tudo que tenho e o que sou.

Aos meus pais pelo apoio, amor e carinho incondicionais e incomparáveis.

Tudo foi e está sendo possível graças a vocês.

À minha querida irmã pelo carinho, afeto e saudade que só ela tem.

Aos meus familiares por toda a torcida.

À minha noiva, sempre presente nos momentos alegres e também nos mais

difíceis, apoiando em tudo sem medir esforços. Sem ela teria sido bem difícil.

Ao meu amigo Edmundo Elenio pela ajuda, apoio e incentivo antes mesmo

de saber da aprovação no mestrado.

Ao Professor José Teixeira Freire pela excelente orientação, pelo apoio a

mim demonstrado desde o nosso primeiro contato e pela oportunidade de aprender

mais do que FT.

À professora Ana Maria da Silveira que foi de ajuda inestimável ao longo do

curso com suas dicas e conselhos fundamentais para o andamento do trabalho.

Ao professor Dermeval José Mazzini Sartori pela amizade e consideração.

Aos demais professores do DEQ/UFSCar, em especial aos do Centro de

Secagem que sempre deram contribuições importantes para o projeto.

Aos técnicos Oscar e Adilson por toda a ajuda nos momentos complicados

devido a equipamentos com defeitos além dos momentos de descontração.

Ao Edilson e a Juliana pelo carinho e amizade que construímos ao longo do

curso.

Aos amigos Victor, Maritiza, Samy, Andressa e Wagner, Maribel, Thiago,

Diana, Wagner Pedrotti, Lana, Amanda e muitos que preencheriam toda uma

dissertação.

A todos os amigos que deixei em minha terra natal e aos novos que me

acolheram em seus corações como a Adriana e sua família.

Ao Centro de Secagem pela honra de ter feito parte desse grupo de

excelência.

A CAPES pela concessão do apoio financeiro.

RESUMO

A cultura da pimenta está bem difundida no Brasil desde a sua

colonização. Esse vegetal, além de ser muito apreciado na culinária possui efeitos

farmacológicos comprovados como o de redutor do colesterol, inibidor do apetite e a

presença de substâncias antioxidantes como o ácido ascórbico e o beta-caroteno. É

um produto cuja demanda aumenta a cada ano, mas que a forma como é produzido

continua, em sua maioria, artesanal diminuindo a capacidade dos produtores de

atender às necessidades do comércio. Visando contribuir para o melhoramento da

produção da pimenta dedo-de-moça, verificou-se o comportamento desse vegetal na

secagem analisando a influência do processo na composição nutricional e

qualidades físicas no produto seco. Para isso, foram obtidas as cinéticas de

secagem e a determinação das propriedades estruturais (densidade aparente,

densidade real e porosidade) em função do teor de umidade durante a secagem. A

avaliação da qualidade do produto final foi realizada pela quantificação de ácido

ascórbico e estudo da reidratação. A secagem convectiva foi comparada com a

secagem em liofilizador com relação a parâmetros de qualidade do produto como

encolhimento, propriedades estruturais, retenção de vitamina C e características de

reidratação. Para descrever a cinética de secagem e de reidratação foram utilizados

modelos empíricos e semi-empíricos. A caracterização do processo de reidratação

foi realizada a partir dos índices que levam em conta a capacidade de absorção de

água e a perda de solutos. Avaliou-se também o aproveitamento das sementes

resultantes do processamento para obtenção de novas mudas através da verificação

da capacidade germinativa por meio de testes padronizados. As amostras obtidas da

secagem por convecção a 60

C tiveram os melhores resultados em termos de

qualidade nutricional, características de reidratação e propriedades estruturais,

comparando-se com aquelas obtidas da liofilização. Na avaliação do uso das

sementes após o processamento das pimentas para obtenção de novas mudas, a

temperatura mais adequada foi de 40

C por causar menos prejuízo a capacidade

germinativa.

Palavras-Chave: Pimenta dedo-de-moça. Secagem convectiva. Liofilização.

Reidratação. Ácido ascórbico. Germinação.

ABSTRACT

The cultivation of pepper is widespread in Brazil since its colonization.

This plant, besides being much appreciated in the cuisine has proven

pharmacological effects such as lowering cholesterol, inhibiting appetite and the

presence of antioxidants such as ascorbic acid and beta-carotene. It is a product

whose demand increases every year, but generally still produced handmade diminish

the ability of producers to meet the needs of commerce. To contribute to improving

the production of pepper dedo-de-moça, it was the behavior of this plant in analyzing

the influence of drying process on the nutritional composition and physical qualities of

the dried product. For this, drying kinetics were obtained and certain structural

properties (apparent density, real density and porosity) as a function of moisture

content during drying. Assessing the quality of the final product was performed by

quantification of ascorbic acid and study of rehydration. The convective drying and

freeze-drying was compared with respect to product quality parameters such as

shrinkage, structural properties, vitamin C retention and rehydration characteristics.

To describe the kinetics of drying and rehydration were used empirical and semi-

empirical equations. The characterization of the rehydration process was carried out

from the indices that take account of the capacity of water absorption and loss of

solutes. The use of seed from the drying of peppers to obtain seedlings was studied

by checking the germination through standardized tests. The samples of convective

drying at 60 ºC had the best results in terms of nutritional quality, rehydration

characteristics and structural properties, comparing with those obtained from freeze-

drying. In assessing the use of seeds of peppers after processing to obtain new

seedlings, the most suitable temperature was 40

C to cause less damage to

germination.

Keywords: Pepper dedo-de-moça. Convective drying. Freeze drying. Rehydration.

Ascorbic acid. Germination.

iii

SUMÁRIO

RESUMO................................................................................................................

ABSTRACT.............................................................................................................

LISTA DE FIGURAS..............................................................................................

LISTA DE QUADROS E TABELAS........................................................................

vii

NOMENCLATURA..................................................................................................

viii

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO...............................................................................

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...........................................................

2.1 Pimenta.............................................................................................................

2.2 Secagem...........................................................................................................

2.2.1 Secagem da Pimenta......................................................................

2.2.2 Cinética de Secagem.......................................................................

2.2.3 Secadores........................................................................................

2.3 Propriedades estruturais...................................................................................

2.3.1 Densidade Aparente........................................................................

2.3.2 Densidade Real...............................................................................

2.3.3 Porosidade.......................................................................................

2.3.4 Encolhimento...................................................................................

2.4 Avaliação da qualidade do produto..................................................................

2.4.1 Ácido Ascórbico (Vitamina C)..........................................................

2.4.2 Reidratação.....................................................................................

2.4.3 Germinação.....................................................................................

CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS..............................................................

3.1 Material.............................................................................................................

3.2 Equipamentos...................................................................................................

3.2.1 Secador Convectivo.........................................................................

3.2.2 Liofilizador........................................................................................

3.3 Procedimentos Experimentais..........................................................................

3.3.1 Secagem..........................................................................................

3.3.2 Propriedades Estruturais.................................................................

3.3.3 Avaliação da Qualidade do Produto................................................

3.4 Procedimento de Cálculo..................................................................................

CAPÍTULO 4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO.....................................................

4.1 Secagem..........................................................................................................

4.2 Propriedades Estruturais..................................................................................

4.3 Avaliação da Qualidade do Produto................................................................

CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES...................................................

5.1 Conclusões......................................................................................................

5.2 Sugestões........................................................................................................

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1:

Foto da pimenta dedo-de-moça em corte longitudinal exibindo

suas sementes e as demais estruturas morfológicas......................

Figura 3.1:

Pimenta e amostra em forma de placa 4,0x1,0 cm ........................

Figura 3.2:

Unidade de secagem convectiva: 1) soprador; 2) aquecedor

elétrico; 3) controlador de temperatura; 4) sistema de

homogeneização do ar e 5) câmara de secagem............................

Figura 3.3:

Fotografia do liofilizador utilizado nos experimentos.......................

Figura 3.4:

Aparato utilizado no congelamento com nitrogênio líquido: 1)

recipiente adiabático; 2) recipiente com nitrogênio líquido e 3)

material isolante...............................................................................

Figura 3.5:

Foto da solução de pimenta antes (a) e depois (b) da titulação......

Figura 4.1:

MR em função do tempo para a secagem de pimenta em secador

convectivo nas velocidades de a) 1,5m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s

parametrizados na temperatura do ar..............................................

Figura 4.2:

MR em função do tempo na secagem de pimenta nas

temperaturas de a) 50°C; b) 60°C e c) 70°C parametrizados na

velocidade do ar...............................................................................

Figura 4.3:

Taxa de secagem em função do teor de umidade (b.s) nas

velocidades de a) 1,5m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s parametrizados

na temperatura.................................................................................

Figura 4.4:

Taxa de secagem em função do teor de umidade (b.s) nas

temperaturas de a) 50

C; b) 60

C e c) 70

C parametrizados na

velocidade do ar...............................................................................

Figura 4.5:

Parâmetro n em função da velocidade do ar na secagem..............

Figura 4.6:

Densidade aparente em função do teor de umidade (b.s)...............

Figura 4.7:

Densidade real em função do teor de umidade (b.s).......................

Figura 4.8:

Porosidade em função da umidade (b.s) das amostras

desidratadas por convecção............................................................

Figura 4.9:

Encolhimento da pimenta em função de MR durante a secagem

convectiva nas velocidades a) 1,5m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s

parametrizados na temperatura do ar..............................................

Figura 4.10:

Deformações de uma amostra durante a secagem convectiva a

1,5 m/s e 50

C e o tempo de permanência desta no equipamento.

Figura 4.11:

Razão de reidratação em função do tempo para as amostras

secas nas velocidades de a) 1,5m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s

parametrizadas na temperatura do ar..............................................

vii

LISTA DE QUADROS E TABELAS

Quadro 2.1:

Principais trabalhos com secagem do gênero Capsicum..............

Quadro 2.2:

Equações para cinética de secagem.............................................

Quadro 2.3:

Equações mais utilizadas para cinética de reidratação.................

Tabela 4.1:

Critérios estatísticos dos ajustes às equações em 1,5m/s............

Tabela 4.2:

Critérios estatísticos dos ajustes às equações em 2,0m/s............

Tabela 4.3:

Critérios estatísticos dos ajustes às equações em 2,5m/s............

Tabela 4.4:

Parâmetros ajustados com as equações de secagem para

1,5m/s............................................................................................

Tabela 4.5:

Parâmetros ajustados com as equações de secagem para

2,0m/s............................................................................................

Tabela 4.6:

Parâmetros ajustados com as equações de secagem para

2,5m/s............................................................................................

Tabela 4.7:

Parâmetros das equações de ajustes das amostras

liofilizadas......................................................................................

Tabela 4.8:

Densidades aparentes das amostras em estudo..........................

Tabela 4.9:

Densidades reais das amostras em estudo...................................

Tabela 4.10:

Teor de vitamina C nas amostras in natura em cada

experimento...................................................................................

Tabela 4.11:

Conteúdo de vitamina C nas amostras secas...............................

Tabela 4.12:

Parâmetros da equação Exponencial e critérios estatísticos........

Tabela 4.13:

Parâmetros da equação de Peleg e critérios estatísticos..............

Tabela 4.14:

Parâmetros da equação de Weibull e critérios estatísticos...........

Tabela 4.15:

Índices de reidratação das amostras secas de pimenta................

Tabela 4.16:

Resultados do teste de germinação. ...........................................

viii

NOMENCLATURA

SÍMBOLOS GREGOS

a, b, k, n

parâmetros relativos às equações de cinética de secagem

dimensionais ou adimensionais dependendo da equação

radiação incidente superficial

[MT

-3

]

parâmetros relativos às equações de reidratação

dimensionais ou adimensionais dependendo da equação

massa

[M]











, umidade adimensional

[-]

número de pontos experimentais

pressão

[ML

-1

-2

]

coeficiente de determinação

parâmetro relativo às equações de reidratação

dimensional ou adimensional dependendo da equação

razão de reidratação

[-]

teor de sólido seco

[-]

tempo

[T]

temperatura

[θ]

temperatura do fluido

[θ]

temperatura de transição vítrea

[θ]

umidade em base seca

[-]

umidade em base úmida

[-]

velocidade do fluido

[LT

-1

]

volume

]

volume da câmera da amostra

]

volume da alíquota

]

volume da câmara de expansão

]

volume de titulação

]

teor de umidade em base seca

[-]

porosidade da amostra

[-]

SUBSCRITOS

estado inicial

aferido

aparente

base seca

base úmida

crítica

equilíbrio

exp

experimental

hex

hexano

pim

pimenta

pic

picnômetro

pred

predito

real

reidratação

matéria seca

total

tit

titulado na padronização da solução indicadora

ABREVIAÇÕES

ácido ascórbico

b.s

base seca

CAA

capacidade de absorção de água

CLAE

cromatografia líquida de alta eficiência

capacidade reidratação

CRS

capacidade de retenção da matéria seca

EMQ

erro médio quadrático

entre papel

densidade

[ML

-3

]

β, α

parâmetros relativos às equações de reidratação dimensionais

ou adimensionais dependendo da equação

RAS

regras para análise de sementes

razão de reidratação

sobre areia

SQR

soma dos quadrados dos resíduos

sobre o papel

TPG

teste padrão de germinação

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

Atualmente, as lavouras de pimenta apresentam-se como um dos

melhores exemplos de cultura familiar e integração do pequeno agricultor com a

agroindústria no Brasil. A crescente demanda do mercado, estimado em 80 milhões

de reais ao ano, tem impulsionado o aumento da área cultivada e o estabelecimento

de agroindústrias, tornando o agronegócio de pimentas um dos mais importantes do

país (EMBRAPA, 2009).

Além do aspecto comercial, há um grande interesse por seus efeitos

farmacológicos benéficos ao ser humano. A pimenta possui ação vasodilatadora e

estimula a produção de endorfina no cérebro, hormônio que produz a sensação de

bem-estar. A ação antioxidante também já foi comprovada e é atribuída à presença

de ácido ascórbico (vitamina C) e beta caroteno (RIETJENS et al., 2002; ALVES,

2002; ZÚÑIGA; JIMÉNES; GORDILLO, 2005;).

A vitamina C é conhecida como uma vitamina termolábil, que perde sua

atividade devido a um número de fatores incluindo pH, umidade, oxigênio,

temperatura e catalisadores de íons metálicos (UDDIN et al., 2002). Um dos maiores

interesses da indústria de alimentos é garantir a máxima retenção dos nutrientes

durante o processamento e estocagem e, segundo Gregory (1996), o ácido

ascórbico pode servir como um índice de qualidade nutricional dos alimentos.

Os vegetais, como um todo, apresentam-se como um meio propício para

o desenvolvimento de microorganismos e a ação de enzimas deteriorantes pelo seu

elevado grau de umidade no momento da colheita. A redução dessa umidade, que

pode ser feita pela aplicação do processo de secagem, limita o teor de água

presente no alimento aumentando o tempo de vida de prateleira dos produtos.

A secagem convencional com ar é um dos processos mais usados na

desidratação de alimentos (KROKIDA; KARATHANOS; MAROULIS, 1998). Quando

ar quente escoa sobre um material úmido, calor é transferido para a superfície,

evaporando a água. O vapor de água difunde-se através de uma camada limite,

sendo levado pela corrente de ar. Com isso, cria-se uma região de baixa pressão de

vapor de água na superfície do material e uma diferença de pressão de vapor de

Introdução

água é estabelecida entre o interior úmido do material e o ar seco (FELLOWS,

2000).

Outro processo de secagem é a liofilização, onde a água contida no

produto é retirada por sublimação (MUJUMDAR, 1987; PITOMBO, 1989). Devido às

baixas temperaturas e a inexistência de ar, a liofilização é indicada para substâncias

termolábeis, materiais biológicos e farmacêuticos (LOMBRAÑA; IZKARA, 1996).

Quando é usada na secagem de alimentos, resulta em produtos com grande valor

agregado, pois conforme Krokida, Karathanos e Maroulis (1998), os alimentos

liofilizados costumam apresentar propriedades de alta qualidade, tais como baixa

densidade aparente, alta porosidade, sabor apreciável, retenção de aromas e

excelente capacidade de reidratação quando comparados com produtos obtidos por

outros processos de secagem.

Durante a secagem, as propriedades osmóticas das paredes celulares

dos alimentos podem ser reduzidas (KAYMAK-ERTEKIN, 2002) e para medir esses

danos, bem como a perda de integridade e a redução das propriedades hidrofílicas

verifica-se a capacidade de reidratação. Durante a reidratação, a água é absorvida

rapidamente nos estágios iniciais, e depois a taxa de absorção diminui gradualmente

até o teor de umidade de equilíbrio, quando a água preencheu todos os poros e o

alimento atingiu um teor de umidade próximo ao do original (MARQUES; PRADO;

FREIRE, 2009).

Um dos grandes desafios para os produtores rurais é minimizar as perdas

no processamento da sua produção. No caso da cultura da pimenta, Peter et al.,

(2005) comentaram que, apesar da crescente demanda pelo produto, as formas de

processamento continuavam artesanais. Geralmente, a produção é espalhada em

terreiros para secar sob a ação do sol resultando em grandes perdas e

contaminação.

Assim como em qualquer outra cultura agrícola, a da pimenta necessita

ter sua lavoura renovada com o plantio de novas mudas. Para isso, é necessário o

uso de sementes de qualidade que, geralmente, possuem preços elevados. Devido

a essa necessidade, é crescente o interesse de produtores rurais de aproveitar parte

de suas sementes para o plantio.

Para avaliar a qualidade das sementes utiliza-se o teste padrão de

germinação (TPG). No caso da pimenta podem ser usados substratos de papel ou

areia. As sementes junto com o substrato escolhido são acondicionadas em estufa

Introdução

climatizada por até 14 dias e então, contabilizadas as que se desenvolveram. Esse

teste visa mostrar se a semente possui um embrião apto a gerar uma planta

saudável sob condições ambientais favoráveis (BRASIL, 2009).

Apesar da popularidade da pimenta dedo-de-moça, os trabalhos sobre

sua secagem são escassos. Os dois trabalhos presentes na literatura mais

direcionados ao tema secagem são os de Chaves (2009) e Peter et al., (2005). No

primeiro, foram avaliadas as características de reidratação e cinética de secagem

em liofilizador e o segundo, verificou a cinética de amostras secas por ar aquecido

com gás GLP.

Sob esse contexto, o presente trabalho tem como objetivos fornecer

informações sobre a cinética de secagem da pimenta dedo-de-moça em secador

convectivo, a influência desse tratamento no conteúdo de vitamina C e na

reidratação, confrontar os resultados obtidos desse secador com os resultantes do

processo de liofilização e verificar a viabilidade do uso das sementes como

subproduto da secagem. Para alcançar tal objetivo, foram seguidas as seguintes

etapas:

- estudo da cinética de secagem em secador convectivo em função de

variáveis como temperatura e velocidade do ar;

- avaliação das propriedades estruturais como densidade, porosidade e

encolhimento com relação ao processo de secagem;

- avaliação da qualidade do produto seco pela verificação do seu

conteúdo de vitamina C e seu comportamento durante a reidratação;

- estudo da cinética de secagem em liofilizador a fim de comparar com

os resultados obtidos na secagem convectiva já que o processo de liofilização é

considerado padrão e

- verificar por meio de testes padrões a viabilidade do aproveitamento

das sementes após a secagem do fruto.

CAPÍTULO 2

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo apresenta-se uma revisão dos principais trabalhos

encontrados na literatura com relação à matéria-prima, processo de secagem,

propriedades estruturais e a avaliação da qualidade do produto seco dando

embasamento ao que foi proposto.

2.1 Pimenta

As pimentas constituem um grupo de espécies botânicas com

características próprias, que produzem frutos geralmente com sabor picante, embora

também existam pimentas doces (REIFSCHNEIDER, 2000). A planta é arbustiva,

atingindo 120 cm de altura, com ampla formação de ramificações laterais e

possibilidade de tornar-se perene. Normalmente é autopolinizada, todavia a

polinização cruzada pode ocorrer (CAMARGO, 1984).

O gênero Capsicum possui cerca de 25 espécies, sendo apenas cinco

domesticadas: C. annuum L. var. annuum (pimentão), C. baccatum L. var. pendulum

(pimenta dedo-de-moça), C. chinense Jacq. (pimenta-de-cheiro), C. frutescens L.

(pimenta malagueta) e C. pubescens (pimenta rocoto). As demais espécies são

semidomesticadas e silvestres (REIIFSCHNEIDER, 2000; HUNZIKER, 1979)

As pimentas, assim como os pimentões, pertencem à família Solanaceae,

gênero Capsicum spp. e são originárias das Américas. O Brasil se destaca como o

país possuidor de maior número de espécies silvestres do gênero, pois a sua

distribuição natural, além da zona andina (Argentina-Venezuela) que vai até América

Central, predomina também na zona litorânea brasileira mas sua origem exata é

controversa: alguns pesquisadores acreditam que elas surgiram na Bacia

Amazônica, enquanto outros afirmam que se originaram na América Central ou

ainda no México (BONTEMPO, 2007; BIANCHETTI, 1996).

O cultivo de pimentas era uma característica de tribos indígenas

brasileiras quando do descobrimento do Brasil. Com a imensa variabilidade de

pimentas nativas, diversas tribos cultivavam e colhiam pimentas; e o plantio por

Revisão Bibliográfica

tribos indígenas continua até hoje, como entre os índios mundurucus, da bacia do rio

Tapajós (EMBRAPA, 2009).

As pimentas conquistaram o mundo e o comércio das especiarias com o

seu colorido, ardor e beleza. As variedades do gênero Capsicum são presença

obrigatória na culinária de quase todos os povos (LINGUANOTTO NETO, 2004). No

Brasil, são produzidas algumas dezenas de variedades dessas pimentas. Apesar do

cultivo ainda ser feito de maneira rústica, é um mercado que movimenta em torno de

80 milhões de reais por ano, incluindo o consumo interno e as exportações. Apenas

a comercialização de sementes é responsável por um mercado de mais de três

milhões de reais anuais. As pimentas vermelhas respondem pelo terceiro lugar em

produção e consumo de hortaliças para tempero no Brasil, ficando atrás apenas do

alho e da cebola (REIFSCHNEIDER, 2000).

A pimenta da espécie Capsicum baccatum é conhecida popularmente

como dedo-de-moça, pimenta caiena ou chifre-de-veado. Essa espécie apresenta-se

na cor vermelha quando madura e mede cerca de 7,0 cm de comprimento.

Atualmente é uma pimenta que está presente nas especiarias dos países da

América latina, nos Estados Unidos e no Japão. É consumida in natura ou na forma

de molhos, pastas e desidratada com as sementes que é popularmente denominada

de calabresa (EMBRAPA, 2009). A Figura 2.1 apresenta a foto de um fruto de

pimenta dedo-de-moça em corte longitudinal exibindo suas sementes e as demais

estruturas morfológicas.

Figura 2.1: Foto da pimenta dedo-de-moça em corte longitudinal exibindo suas sementes e as demais

estruturas morfológicas.

Revisão Bibliográfica

Segundo Bontempo (2007) o principal produtor dessa pimenta no Brasil é

o município de Turuçu no estado do Rio Grande do Sul. O método de secagem mais

empregado nesse local é o natural. As pimentas, após a colheita, são espalhadas

em terreiros a céu aberto e retiradas quando estão secas. A duração do processo de

secagem varia com a intensidade solar e dos ventos (PETER et al., 2005).

Todo esse processo além de ser muito demorado, não garante a

qualidade e a higiene do produto, pois toda a produção fica sujeita a contaminação

de diversas fontes. Além disso, qualquer mudança inesperada no clima pode destruir

tudo o que foi colhido. Assim, é mais do que necessário pesquisar meios de

aperfeiçoar o processamento desse tipo de produto.

2.2. Secagem

A secagem é um dos processos mais difundidos de transferência de calor

e massa, com aplicações em diversas áreas da engenharia. Além de ser um dos

métodos mais usados na preservação dos alimentos, Garcia et al., (2004)

comentaram que a operação de secagem é fundamental no sistema de produção,

por que além de reduzir a umidade, para permitir a conservação de sua qualidade

fisiológica no armazenamento, possibilita a antecipação da colheita evitando perdas

de natureza diversa.

Muitas vezes o processo de secagem é utilizado visando o fator

econômico do frete e do manuseio e em outras situações, o material é seco para

depois sofrer um processo de reidratação a níveis desejáveis. Nos produtos

agrícolas e alimentícios a secagem é utilizada para preservação, permitindo que o

transporte seja realizado sem necessidade de refrigeração (KEEY, 1972).

O processo de secagem de produtos como a pimenta pode ser realizado

pelo método natural ou artificial. No método natural, ainda muito utilizado pelos

agricultores, a umidade do material é removida pela incidência da radiação solar na

superfície do vegetal que se encontra em campos ou em grandes terreiros. A fim de

acelerar o processo e homogeneizar o produto, o mesmo é revolvido, o que justifica

a necessidade de grande mão de obra. Embora apresente baixo custo, tanto na

instalação como no consumo de energia, este método não é recomendado pelo fato

do material ficar exposto às ações climáticas, muitas vezes não favoráveis ao

processo (EL-SEBAII et al., 2002; PETER et al., 2005; NASCIMENTO, 2009).

Revisão Bibliográfica

Na secagem dita artificial, o processo convencional de secagem por ar

quente, em secadores do tipo bandeja, túnel ou esteira, ainda é muito difundido para

a secagem de alimentos, devido a sua simplicidade e flexibilidade (LUNA;

MARTINEZ, 1997). Sabe-se que, nesses tipos de equipamentos, o período final do

processo é especialmente importante. Isso porque, nessa fase, as partes externas

do material já estão secas e sua temperatura, que no início do processo era

aproximadamente igual à temperatura de bulbo úmido do ar de secagem, sofre uma

elevação, tendendo a igualar-se à temperatura de bulbo seco do ar. Dessa maneira,

os atributos físicos, sensoriais e nutricionais do produto podem ser prejudicados

(SILVA, 2007).

Com o objetivo de preservar a maior quantidade possível de nutrientes

em frutas e em outros alimentos, tem-se utilizado o processo de liofilização

(PITOMBO, 1989; RIGHETTO, 2003; MARQUES, 2008; CHAVES, 2009). Essa

técnica de secagem retira a umidade contida no material através do congelamento

da parte líquida e posterior sublimação do gelo. Por trabalhar com baixas

temperaturas e, geralmente sob vácuo é um processo recomendado para materiais

termossensíveis, alimentos e produtos farmacêuticos gerando produtos de qualidade

superior quando comparado às outras técnicas de secagem (PITOMBO, 1989;

RATTI, 2001).

Uma abordagem mais detalhada sobre a secagem da pimenta será

mostrada a seguir. Mais adiante será feita uma revisão sobre os dois métodos de

secagem utilizados no presente trabalho.

2.2.1 Secagem da pimenta

A pimenta, assim como outros alimentos, começou a ser desidratada pelo

método de secagem natural e, no Brasil os primeiros a usar este produto na forma

seca foram os índios (NASCIMENTO FILHO; BARBOSA; LUZ, 2007). Os frutos de

pimentas são comercializados inteiros, em flocos com as sementes (pimenta

calabresa) e em pó (páprica) (EMBRAPA, 2009).

No Quadro 2.1 encontram-se agrupados os principais trabalhos sobre

secagem do gênero Capsicum de forma a obter uma visão geral dos avanços nas

pesquisas que tratam da secagem deste material.

Revisão Bibliográfica

Observa-se a partir do quadro que a maioria dos trabalhos refere-se à

secagem da espécie Capsicum annum L. que é conhecido no Brasil como pimentão

(EMBRAPA, 2009).

Quadro 2.1: Principais trabalhos com secagem do gênero Capsicum.

Referências

Método/tipo de

secador

Espécie de

pimenta

Avaliação da

Qualidade

Condições

Operacionais

TURHAN e

TURHAN, 1997.

Secador tipo túnel.

C. annum L.

Cinética.

v= 2,0 m/s; T= 50;

60; 70 e 80ºC.

GUPTA et al., 2002.

Estufa.

C. annum L.

Cor.

55; 60; 65 e 70ºC.

KAYMAK-ERTEKIN,

2002.

Leito fluidizado.

C. annum L.

Reidratação.

v= 0,5; 1,8; 2,5; 4,1

e 4,5 m/s e 60°C.

TUNDE-

AKINTUNDE;

AFOLABI e

AKINTUNDE, 2005.

Método natural e

convectivo.

C. annum L.

Cinética.

v= não especificado

T= 45 e 60ºC.

ERGÜNEŞ e

TARHAN, 2006.

Natural e estufa.

C. annum L.

Retenção da cor.

Pré-tratamentos, v e

T não

especificados.

KIM et al., 2006.

Estufa.

C. annum L.

Atividade

antioxidante.

Ácido ascórbico

e cor

70°C por 6h e 80ºC

por 5h seguidos de

60°C por 18h.

KOOLI et al., 2007.

Natural e

convectivo(com

radiação).

C. annuum

cv. Baklouti.

Validação de

modelo.

I= 0; 380; 520 e 800

W/m

T= 32; 42 e 49ºC

v=0,5; 1,0 e 1,5m/s.

VEGA et al., 2007.

Convectivo.

C. annum L.

Ajustes.

T=50; 60; 70 e 80ºC

v=2,5m/s.

VEGA-GÁLVEZ et

al., 2008.

Convectivo.

C. annum L.

Reidratação, cor,

firmeza, vitamina

C e integridade

estrutural.

T=50; 60; 70 e 80

v=2,5

Reidratação a 30

24h.

SCALA e

CRAPISTE, 2008.

Secador de fluxo

cruzado.

C. annum L.

Vitamina C e

Carotenóides

totais.

T=50; 60 e 70

v=0,2 e 1,2m/s.

PETER et al., 2005.

Natural e secador

de leito móvel.

C. baccatum

Cor.

T=40 e 80

v=3,0 m/s.

CHAVES, 2009.

Liofilizador.

C. baccatum.

Reidratação.

Na comparação da secagem natural com a artificial, a maioria dos autores

verificou que o método artificial produziu amostras com qualidade superior em

relação à cor e ao teor nutricional que são atributos comercialmente atraentes.

(TUNDE-AKINTUNDE; AFOLABI; AKINTUNDE, 2005; PETER et al., 2005;

ERGÜNEŞ; TARHAN, 2006).

Revisão Bibliográfica

Com relação à retenção da cor, inúmeros tipos de pré-tratamentos já

foram testados. Ergüneş e Tarhan (2006), por exemplo, examinaram seis

formulações que envolviam oleato de etila, hidróxido de sódio e carbonato de

potássio em diferentes concentrações. No entanto, nenhum desses pré-tratamentos

forneceu um produto com a característica desejada de uma cor vermelha forte. Já

Vega-Gálvez et al., (2008) verificaram que as amostras que passaram pelo pré-

tratamento de imersão por 10 minutos em solução contendo 20% (m/m) de NaCl,

1,0% (m/m) de CaCl

e 0,3% (m/m) de Na

, antes da secagem, conservaram a

cor vermelha em 76% contra 18% das que ficaram sem pré-tratamento.

Com relação a pimenta dedo-de-moça, Peter et al., (2005) verificaram que

a secagem artificial ou convectiva se sobrepusera à natural com relação ao tempo

exigido para se atingir a umidade desejada 10%(b.s). Além disso, os autores

concluíram que aspectos sensoriais como cor também tiveram melhores resultados

na secagem por convecção.

Chaves (2009) analisando a secagem de Capisicum baccatum em

liofilizador, estudou a influência do tipo de congelamento (freezer convencional e

nitrogênio líquido) da amostra na cinética de secagem e verificou a capacidade de

reidratação do produto seco. O método usado no congelamento não influenciou de

forma significativa o tempo de secagem e no processo de reidratação a pimenta

liofilizada chegou a re-absorver cerca de 90% do teor de umidade inicial.

2.2.2 Cinética de Secagem

Com o objetivo de buscar melhorias à secagem da pimenta dedo-de-

moça, torna-se necessário conhecer os fenômenos simultâneos de transferência de

calor e massa entre a fase sólida e fluida envolvidos no processo.

Para isso, a compreensão desses fenômenos depende de investigações a

partir de estudos específicos frente à cinética de secagem que permitam, através de

dados da umidade do material em função do tempo, conhecer os mecanismos

predominantes na transferência de massa do material para o fluido. Além disso,

possibilita estabelecer as equações da umidade em função do tempo para diferentes

períodos de taxa de secagem que deve ser relacionada a um determinado produto e

uma determinada operação.

Revisão Bibliográfica

A evolução das transferências simultâneas de calor e de massa, no curso

da operação de secagem, faz com que esta seja dividida em três períodos: período

0 ou período em que se entra em regime operacional; período 1 ou período de

secagem à taxa constante e período 2 ou de secagem à taxa decrescente (PRADO;

ALONSO; PARK, 2000).

A duração do período de taxa constante depende dos coeficientes de

transferências de calor e massa, área exposta, geometria, diferenças de

temperaturas, velocidades e umidades entre o fluido de secagem e a superfície do

sólido, além da constituição do próprio material a ser seco.

O término deste período é alcançado, quando a migração interna de água

para a superfície não consegue mais suprir a taxa de evaporação da água livre da

superfície, sendo o valor de umidade deste estado denominado de umidade crítica

) (FORTES; OKOS, 1980). A partir deste ponto, a velocidade de migração da

umidade do interior para a superfície do material diminui em função do tempo de

secagem; causando um desequilíbrio entre a transferência de calor e a transferência

de massa. Conseqüentemente, a temperatura da superfície do material se eleva e a

taxa de secagem decresce rapidamente, ficando a taxa de secagem dependente das

condições internas do material. Denomina-se esta etapa de período de taxa

decrescente.

Nesse período a migração da umidade começa a controlar o processo de

secagem, podendo ser constituído por duas ou mais fases, nas quais são propostos

vários mecanismos para descrever a transferência de umidade em produtos

capilares e porosos, entre as quais se tem: o escoamento capilar do líquido, difusão

do vapor devido à diferença de concentração, difusão térmica do vapor e movimento

do líquido e vapor devido à diferença de pressão total (PINTO, 1996; SENADEERA

et al., 2003).

Segundo Villar (1999), as curvas de secagem à taxa decrescente podem

ser côncavas, convexas ou aproximar-se de uma linha reta. Podem apresentar um

ponto de inflexão, quando ocorre uma mudança na forma física do material, como

contração ou ruptura, ou quando há formação de uma película na superfície do

mesmo parcialmente seco.

Na secagem de produtos agrícolas, o período de taxa decrescente é

quase sempre o predominante (OLIVEIRA; OLIVEIRA; PARK, 2006; RODRIGUES et

al., 2002; GUPTA et al., 2002). Os trabalhos encontrados sobre a secagem de

Revisão Bibliográfica

pimentas mostraram que para este tipo de material também não há período de taxa

constante (TURHAN; TURHAN, 1997; KAYMAK-ERTEKIN, 2002; TUNDE-

AKINTUNDE; AFOLABI; AKINTUNDE, 2005; ERGÜNEŞ; TARHAN, 2006; SCALA;

CRAPISTE, 2008). Esse comportamento na secagem da pimenta ocorre,

provavelmente, devido a sua composição coloidal e hidrofílica (KAYMAK-ERTEKIN,

2002). Dessa maneira, mesmo havendo umidade superficial livre, a água pode estar

na forma de suspensão de células e de solução (açúcares e outras moléculas),

apresentando uma pressão de vapor inferior à da água pura.

A taxa de secagem pode ser acelerada com o aumento da temperatura do

ar de secagem e, ou, com o aumento do fluxo de ar que passa pelo produto por

unidade de tempo. A quantidade de ar utilizada para a secagem depende de vários

fatores, entre eles: umidade inicial do produto e espessura da camada.

Diversos autores (FEMENIA, 2000; GUPTA et al., 2002; KROKIDA;

MARINOS-KOURIS, 2003) analisando a cinética de secagem de frutas e legumes,

consideraram a temperatura do ar como o parâmetro de maior influência na taxa de

secagem. Concluíram ainda que a velocidade do ar de secagem não alterou de

maneira significativa o processo.

A fim de tentar descrever a curva característica da cinética de secagem

de produtos agrícolas, a literatura disponibiliza várias equações empíricas e semi-

empíricas. Geralmente, os estudos têm como objetivo a busca da representação da

cinética de secagem que melhor se ajuste aos dados experimentais e, assim, obter

as equações de taxa de secagem para a utilização na modelagem do problema

(MASSARANI; TELLES, 1992).

O Quadro 2.2 apresenta as equações de secagem semi-empíricas mais

utilizadas na secagem de frutas, legumes e hortaliças.

A Equação 2.1, foi proposta por Lewis (1921) em analogia à lei do

resfriamento de Newton a qual estabelece uma proporcionalidade entre a taxa de

secagem e o teor de água livre contida na partícula. As Equações 2.2 a 2.4 são

oriundas das modificações empíricas da equação de Lewis (1921), sendo k e n

parâmetros ajustáveis.

Revisão Bibliográfica

Quadro 2.2: Equações para cinética de secagem.

Equação

Referências

MR = exp(-k.t) (2.1)

k= a.exp(-b/T

)

Lewis (1921) apud Barrozo et al., 2004

MR=exp(-k.t

) (2.2)

onde k= a.exp(-b/T

)

Page (1949) apud Barrozo et al., 2004.

MR=a.exp(-k.t) (2.3)

k= a.exp(-b/T

)

Brooker et al., (1974) apud Barrozo et al.,

2004

MR=exp[-(k.t)

]

k= exp(a+b/T

) (2.4)

Overhults et al., (1973) apud Nascimento

(2009)

Sendo que,

(2.5)

onde X é a umidade em um determinado tempo do processo, X

é a umidade de

equilíbrio e X

é a umidade da amostra inicial. T

é a temperatura do fluido, t é o

tempo de secagem e a, b, c e k são constantes.

O parâmetro k, denominado constante de secagem varia com a

temperatura segundo uma função do tipo Arrhenius. Os parâmetros reunidos no

Quadro 2.2 apresentam forte dependência com as variáveis operacionais para os

quais foram estimados.

A equação de Page (1949), Equação 2.2, é, provavelmente, a mais usada

para representar as curvas de secagem por convecção forçada de materiais

orgânicos como batatas (AKPINAR; BICER; YILDIZ, 2003), arroz (IGUAZ et al.,

2003), vagem, ervilha (SENADEERA et al., 2003) e pimentões (KAYMAK-ERTEKIN,

2002; TURHAN; TURHAN, 1997).

2.2.3 Secadores

Neste subitem será feita uma abordagem sobre a secagem convectiva e a

liofilização, pois foram estes os métodos usados neste trabalho para a obtenção da

pimenta na forma seca.





Revisão Bibliográfica

Secagem Convectiva

Os secadores convectivos têm sido muito usados na desidratação de

frutas e legumes por serem mais simples para se construir e econômicos (em temos

de manutenção) quando comparados a outros modelos (ALVES; SILVEIRA, 2002;

MACHADO et al., 2008).

A secagem convectiva é considerada como um processo simultâneo de

transferência de massa e calor, onde a água é transferida por difusão do interior do

material para sua superfície e desta para a corrente de ar por convecção.

Assim, parte do calor que é transferido ao produto é utilizada para

vaporizar a água (calor latente de vaporização), ou seja, a quantidade de calor que

causa mudança de estado físico, mas não de temperatura. A outra parte da energia

em movimento é utilizada para elevar a temperatura do material (calor sensível) isto

é, a quantidade de calor que não causa mudança de estado físico, apenas aumenta

a temperatura. Durante este processo, para determinadas unidades do fluido e

sólido, os fatores que influenciam a taxa de secagem são: velocidade do ar de

secagem, temperatura do ar de secagem e a geometria da amostra, assim como as

propriedades físicas do material (FORTES; OKOS 1980).

Diante disso foi feita uma busca de informações na literatura com o

enfoque na secagem de pimentas e frutas em geral, quanto à influência da

velocidade e da temperatura do ar de secagem, bem como, dos efeitos da forma

geométrica das amostras na redução de umidade do produto.

- Influência da velocidade

A velocidade é uma variável que, geralmente, influencia nos valores de

taxa de secagem no período de taxa constante, aumentando de valor à medida que

a velocidade do ar também aumenta (ÜRETIR; ÖZILGEM; KATNAŞ, 1996). Para o

período de taxa de secagem decrescente, no qual há predominância do mecanismo

difusivo, o efeito da velocidade do ar de secagem praticamente não é notado sobre a

constante da taxa de secagem.

No caso da pimenta e de outros alimentos como frutas e hortaliças, a

velocidade é um fator que, na maioria das vezes, não causa influência perceptível na

taxa de secagem. Para pimentões, Scala e Crapiste (2008), relataram que a taxa de

secagem desse material em secador convectivo não sofreu influência da velocidade

Revisão Bibliográfica

do ar. A mesma observação foi feita para o quiabo, kiwi e figo (DOYMAZ, 2004;

SIMAL et al., 2005; BABALIS; BELESSIOTIS, 2004) em que os autores afirmaram

que a evaporação da água na superfície do material se torna menos significativa à

medida que o mecanismo difusivo passa a governar o processo. Assim, a influência

da temperatura é de fundamental importância no período de taxa decrescente.

- Influência da temperatura

A temperatura é a variável que apresenta um efeito mais pronunciado no

processo de secagem da maioria das frutas, legumes e vegetais. Ela está

relacionada com a quantidade de calor fornecido externamente e determina a

pressão parcial de vapor do sólido e a pressão de vapor de saturação do ar

ambiente nas condições usuais de operação de secadores convectivos.

As constantes de secagem das equações apresentadas no Quadro 2.2

sofrem grande influência da variável temperatura. Como comentado no sub-item

2.2.2, a dependência das constantes de secagem em relação a temperatura é

geralmente expressa pela equação de Arrhenius:

 = 

. exp 





.



 (2.6)

onde k é a constante da taxa de secagem à temperatura do experimento, k

é a

constante da taxa de secagem à temperatura do experimento padrão a 25

C, E

é a

energia de ativação, R é a constante dos gases ideais, e T

é a temperatura do ar na

secagem.

Maroulis, Kiranoudis e Marinos-Kouris (1995), comentaram que esta

relação possibilita avaliar a força motriz necessária para a transferência de massa

durante a secagem de alimentos.

O valor da energia de ativação pode ser relacionado com a forma do

material a ser seco ou com a presença de barreiras físicas como a pele ou casca.

Senadeera et al., (2003) estudaram a secagem de feijões, ervilhas e batatas e

verificaram que os menores valores de E

foram para as batatas sem casca e com o

formato de um paralelepípedo de 1:1. O resultado obtido foi atribuído à falta da

barreira física natural do produto (casca) e a forma geométrica utilizada que

forneceu maior superfície de contato.

Revisão Bibliográfica

No caso das pimentas e pimentões os trabalhos encontrados utilizaram

pré-tratamentos com soluções químicas a fim de diminuir a impermeabilidade natural

do produto. Pimentões vermelhos (Capsicum annum L.) que sofreram pré-tratamento

com soluções de cloreto de cálcio (CaCl

) e metabissulfito de sódio (Na

)

apresentaram maiores valores de E

comparados aos que não tiveram pré-

tratamento (VEGA-GÁLVEZ et al., 2008).

Liofilização

A técnica de secagem chamada de liofilização retira a água contida no

produto através de congelamento da parte líquida e posterior sublimação

(MUJUMDAR, 1987; PITOMBO, 1989).

Devido às baixas temperaturas e à inexistência de ar, esse tipo de

secagem é indicado para substâncias termolábeis, materiais biológicos e

farmacêuticos (LOMBRAÑA; IZKARA, 1996). Quando é usada na secagem de

alimentos, resulta em produtos com grande valor agregado. Conforme Krokida,

Karathanos e Maroulis, (1998), os alimentos liofilizados são caracterizados por

apresentarem propriedades de alta qualidade, tais como pequena densidade

aparente, alta porosidade, sabor apreciável, retenção de aromas e excelente

reidratação, comparados com produtos obtidos por outros processos de secagem.

As vantagens da liofilização em comparação com outros métodos são:

- redução de reações oxidativas, desnaturação e outros processos

degradantes que geralmente ocorrem na secagem de alimentos (MUJUMDAR,

1995);

- o produto seco pode ser reconstituído com grande facilidade, pois

apresenta estrutura porosa com integridade suficiente para tornar o produto

permeável;

- as propriedades físicas e químicas do material são preservadas e

- o encolhimento é mínimo, não ocorrem camadas duras e impermeáveis

e não há migração de sólidos solúveis para a superfície durante a secagem.

O processo de liofilização se divide em três etapas principais:

congelamento, sublimação e dessorção.

Primeiramente, o produto é refrigerado para, a seguir, sofrer um

congelamento rápido até uma temperatura bem reduzida que, normalmente, está na

Revisão Bibliográfica

faixa de -30

C a -50

C. Esta etapa é muito importante, uma vez que vai definir a

forma, o tamanho e a distribuição dos poros na camada seca formada durante a

sublimação influenciando, conseqüentemente, os parâmetros que caracterizam a

transferência de massa e de calor no produto seco durante a secagem primária e

secundária. Por outro lado, se os cristais de gelo formados forem pequenos e

descontínuos então a taxa de transferência de massa de vapor de água pode ser

limitada. Por outro lado, se o tamanho dos cristais de gelo estiver formado de

maneira apropriada e homogênea, a taxa de transferência de massa de vapor de

água na camada seca pode ser elevada e o produto pode secar mais rapidamente

(LIAPIS; PIKAL; BRUTINI, 1996).

A liofilização, propriamente dita, se dá pela sublimação da umidade em

câmara especial. Também chamada de secagem primária, é um fenômeno

essencialmente endotérmico e, por esse motivo, deve ser fornecido calor ao sistema

durante todo o processo que pode ser feito de diversas maneiras: mecanismos de

condução, radiação ou combinados (convecção/radiação, condução/radiação). Se

esta umidade for formada por água pura congelada, então a sublimação ocorrerá à

pressão absoluta de 4,58 mmHg ou 6,1 mbar. A secagem nessas condições, além

de ser feita numa temperatura na qual os processos biológicos cessam, evita a

transferência de substâncias solúveis para a periferia da amostra. O final da

secagem primária e o início da secagem secundária acontecem quando não mais

existir camada congelada, ou seja, quando não existir a interface de sublimação.

A dessorção, ou secagem secundária, consiste na retirada da água não

“congelável” (ligada a estrutura do material). Esta etapa ocorre também sob vácuo,

em velocidade menor do que na sublimação e com temperatura superior a 0

C. O

tipo de fornecimento de calor é o mesmo que na sublimação e a temperatura não

deve exceder 30 ou 50

C, dependendo do material (LUCCAS, 1998). Essa etapa

acontece até que a umidade residual seja tão pequena quanto a que o material

necessite para manter sua estabilidade e qualidade por longo tempo.

A aplicação desse procedimento visa melhorar a estabilidade de frutas e

produtos farmacêuticos através da diminuição da atividade de água, minimizando

reações químicas e físicas durante a armazenagem e agregando valor ao produto.

Nesse sentido, Chaves (2009) verificou elevada porosidade (0,93) e boa reidratação

da pimenta dedo-de-moça liofilizada.

Revisão Bibliográfica

2.3 Propriedades estruturais

Os processos de secagem envolvem a transferência simultânea de calor

e massa, bem como alguns fenômenos termodinâmicos e modificações significativas

para as propriedades físicas dos produtos alimentícios como a densidade, a

porosidade e o encolhimento.

2.3.1 Densidade Aparente (



)

Em um material úmido, como uma amostra vegetal, pode-se assumir que

sua massa total é formada por sólidos secos, água e ar como mostra a equação a

seguir:

= m

+ m

água

(2.6)

onde m

, m

e m

água

são a massa total, do sólido seco e da água respectivamente.

Nesse caso a massa do ar é desprezada. Já o volume total da amostra é descrito da

seguinte maneira:

= V

+ V

água

+ V

(2.7)

onde V

, V

água

e V

são o volume total, do sólido, da água e do ar

respectivamente. O volume do ar refere-se apenas ao que está nos poros.

Assim, a densidade aparente (ρ

) é definida como a razão entre a massa

e o volume total ocupado pela amostra incluindo os poros e calculada através da

seguinte equação:





(2.8)

A densidade aparente varia entre a densidade da água e a densidade do

material totalmente seco. Em altos teores de umidade, seu valor se aproxima da

densidade da água enquanto que, em baixos teores de umidade ela tende para o

Revisão Bibliográfica

valor da densidade do material seco e quando se trata de material granulado

costuma-se denominá-la de densidade bulk (KROKIDA; MAROULIS, 2000).

Na determinação dessa propriedade adota-se comumente como padrão a

água pura que, a 4ºC, possui densidade de 1,0 g/cm

. No entanto, dependendo do

material a ser analisado o líquido deverá ser mudado. No caso de amostras

orgânicas como vegetais, a água presente em seu interior pode interagir com a água

usada como padrão causando erro na medida. Nesse caso, procura-se utilizar

solventes hidrofóbicos ou apolares como hexano, heptano ou tolueno.

Guiné (2006) encontrou diferença de 2% entre o uso de tolueno e água na

determinação da densidade aparente de pêras. Chaves (2009) utilizou hexano na

determinação dessa propriedade na pimenta dedo-de-moça in natura e liofilizada

cujos valores encontrados foram 0,623g/cm

e 0,180g/cm

respectivamente.

2.3.2 Densidade Real (



)

A densidade real é obtida pela relação entre a massa total do material, m

e o volume real, V

, a partir da seguinte equação:





(2.9)

onde V

= V

água

+ V

Nesse caso, o volume dos poros, sejam eles abertos ou fechados, não é levado em

conta.

A medida desse volume (V

) pode ser determinada através de um

aparelho que usa o princípio de Archimedes do deslocamento de fluidos e pela lei de

Boyle para determinar o volume. O deslocamento do fluido é realizado com um gás

que pode penetrar até os poros mais finos e, com isso, adquirir maior precisão na

medida. Por esta razão, o gás hélio é o mais usado devido seu raio atômico medir

aproximadamente 3Ǻ. Valor este que é menor do que muitos poros em amostras

orgânicas ou inorgânicas (MOURA; FIGUEIREDO, 2002).

Revisão Bibliográfica

2.3.3 Porosidade (ε)

A porosidade (ε) do material expressa a razão de espaços vazios do

material em relação ao volume total do mesmo. É um termo quantitativo de

identificação da estrutura porosa que pode ser determinada a partir dos valores

obtidos para densidade aparente e real pela seguinte equação:

 = 1 









(2.10)

A previsão de formação de poros em alimentos durante o processamento

é necessária para o desenvolvimento de projetos, para a estimativa de outras

propriedades físicas, e a caracterização da qualidade do produto (RAHMAN, 2001).

A variação na porosidade, o tamanho e a distribuição dos poros tem efeito

na textura característica dos materiais secos (HUANG; CLAYTON, 1990) e é

especialmente importante na sua reconstituição, controlando efetivamente a

velocidade de reidratação.

A estrutura porosa dos materiais afeta propriedades de transporte como a

difusividade de gases e líquidos nos alimentos. A difusividade na fase gasosa em

um sólido poroso é proporcional à porosidade do material e inversamente

proporcional à tortuosidade (MCMINN; MAGEE, 1997). Já em materiais

higroscópicos como frutas e vegetais aumenta durante o processo de secagem

dependendo do teor de umidade inicial, composição e tamanho, assim como do

método de secagem (MAROUSIS; SARAVACOS, 1990).

Krokida e Maroulis (2001) verificaram que o tipo de secagem não

modificou a relação da porosidade em função da umidade. Ou seja, os quatro

vegetais analisados (maçã, banana, cenoura e batata) aumentaram suas

porosidades à medida que o conteúdo de água era retirado nos cinco processos

usados (secagem convectiva, estufa a vácuo, microondas, liofilização e desidratação

osmótica).

Essa relação entre a porosidade e o conteúdo de umidade foi verificada

também para a pimenta dedo-de-moça (CHAVES, 2009), abacaxi, acerola, goiaba,

manga e papaya liofilizados (MARQUES, 2008).

Revisão Bibliográfica

2.3.4 Encolhimento

Uma das mudanças físicas mais importantes e visíveis que ocorrem com

os alimentos durante a secagem é a redução do seu volume externo. A perda de

água e o aquecimento causam estresse na estrutura celular levando a alterações na

forma e causando a diminuição das dimensões desses materiais.

Os consumidores usam como primeiro parâmetro de escolha o aspecto

visual dos alimentos. Conforme Mayor e Sereno (2004), o encolhimento tem uma

conseqüência negativa sobre a qualidade de alguns produtos desidratados, pois

mudanças na forma, perda de volume e aumento da rigidez podem provocar a

rejeição do consumidor. Há, por outro lado alguns produtos secos que têm,

tradicionalmente, um aspecto encolhido como as passas e ameixas secas, por

exemplo. Para esses produtos, o encolhimento é um atrativo comercial.

Na literatura são encontradas diferentes abordagens para esse fenômeno

que vão desde as teóricas envolvendo leis mecânicas, onde são consideradas as

tensões e as deformações do material durante a secagem, até as experimentais,

onde os estudos visam quantificar a dependência do volume dos materiais em

função do seu teor de umidade.

Lozano, Rotstein e Urbicain (1983), desenvolveram um modelo geral para

correlacionar a propriedade do encolhimento de frutas e vegetais com a diminuição

do conteúdo de umidade. O encolhimento foi correlacionado com o grau de umidade

de forma linear (AL-MUHTASEB; MCMINN; MAGEE, 2004; HERNANDEZ; LOBO;

GONZÁLEZ, 2006; MCMINN; MAGEE, 1997). Hatamipour e Mowla (2002) relataram

uma correlação linear de mudança de volume e relação empírica para a contração

axial de cenouras durante a secagem em leito fluidizado.

Marques (2008) verificou que em frutas tropicais como abacaxi e mamão,

a liofilização produziu um encolhimento de 6% a 17% enquanto que na secagem

convectiva foi, em média, de 87,5%.

Dos poucos trabalhos com relação à secagem da pimenta da espécie

Capsicum baccatum (CHAVES, 2009; PETER et al., 2005), nenhum analisou o

fenômeno do encolhimento. Assim, surge a necessidade de se fazer essa análise

juntamente com a verificação do teor de vitamina C e da reidratação para avaliar a

qualidade do produto seco.

Revisão Bibliográfica

2.4 Avaliação da qualidade do produto

2.4.1 Ácido Ascórbico (Vitamina C)

A vitamina C é uma das vitaminas mais importantes que podem ser

encontradas em frutas e vegetais em geral. Seu principal composto, biologicamente

ativo, é o ácido L-ascórbico (AA), além do seu produto de oxidação inicial ácido L-

dehidroascórbico (DHA) que também possui atividade biológica (FORNARO;

COICHEV, 1998).

Esse composto é fundamental para o bom funcionamento do corpo

humano, pois é parte fundamental para a produção e manutenção do colágeno;

responsável pela cicatrização de feridas, fraturas, contusões e sangramentos

gengivais; reduz a suscetibilidade à infecção, desempenha papel importante na

formação dos dentes e ossos, aumenta a absorção de ferro e previne o escorbuto

(MAIA et al., 2007).

Como a vitamina C não pode ser sintetizada pelo corpo humano

(HERNÁNDEZ; LOBO; GONZÁLEZ, 2006), é imprescindível sua inclusão na dieta

diária. As principais fontes são frutas cítricas e a maioria das frutas tropicais como

laranja, acerola e abacaxi. O teor de vitamina C em frutas e vegetais pode ser

influenciado por vários fatores, entre os quais, grau de maturação, tratos culturais,

condições de plantio, manuseio, pré e pós-colheita e estocagem (RIGHETTO, 2003).

A administração da temperatura na pós-colheita é o fator mais importante

para manter o teor de vitamina C nas frutas e vegetais. As perdas desse nutriente

aumentam devido aos longos períodos de estocagens, elevadas temperaturas, baixa

umidade relativa, danos físicos e resfriamento. Isto acontece porque o ácido

ascórbico é facilmente oxidado, especialmente em soluções aquosas, e

grandemente favorecido na presença de O

, de íons metálicos pesados como Cu

e Fe

e em pH alcalino (LEE; KADER, 2000).

Existem numerosos procedimentos analíticos para detectar o ácido

ascórbico, mas nenhum é totalmente satisfatório, seja por falta de estabilidade ou

devido à maioria dos alimentos possuírem numerosas substâncias interferentes

(MARQUES, 2008).

Para a quantificação do ácido ascórbico, é necessário, primeiramente,

extraí-lo dos tecidos com soluções ácidas para prevenir a oxidação do AA. Entre as

Revisão Bibliográfica

soluções extratoras utilizadas, estão as de ácido metafosfórico, oxálico, acético,

tricloroacético e suas combinações, ou ainda, estas mesmas soluções mais o ácido

etilenodiaminotetracético (EDTA). A maioria dos métodos de determinação química

do ácido ascórbico é baseada na sua eficiência como agente redutor, embora esta

não seja a única propriedade do ácido ascórbico em sistemas alimentares

(RIGHETTO, 2003).

Vega-Gálvez et al., (2008) estudaram a cinética de degradação da

vitamina C do pimentão vermelho em secador convectivo verificando que o aumento

da temperatura e da atividade de água acelera a degradação dessa vitamina.

Resultados semelhantes foram obtidos por Pitombo (1990) para o suco de laranja

liofilizado e por Pitombo e Cantelmo (2000) para suco de acerola liofilizada. Karel e

Nickerson (1964) apud Rückold, Grobecker e Isengard (2001) sugeriram que o teor

de umidade do produto desejado deve ser o menor possível para prevenir a perda

de ácido ascórbico.

2.4.2 Reidratação

Na medida em que os processos de secagem se desenvolvem, aumenta

cada vez mais a preocupação quanto à qualidade do produto que resulta dessa

operação. Muitos alimentos são comercializados na forma seca, mas consumidos

após a reidratação como sopas instantâneas, por exemplo. E nesse, como em

outros casos, o consumidor espera que o alimento recomposto possua não só o

sabor, mas os mesmos nutrientes do material de origem.

A reidratação é um processo complexo onde ocorre a absorção de água

pelo produto seco quando posto em contato com a água e, ao mesmo tempo, a

saída de compostos solúveis como vitaminas e sais minerais. Tratamentos pré-

secagem, a própria secagem e posterior reidratação induzem muitas mudanças na

estrutura e composição do tecido vegetal (LEWICKI, 1998), que podem prejudicar as

propriedades de reconstituição. Assim, a reidratação pode ser considerada como

uma medida dos danos causados ao material pela secagem ou por tratamentos

anteriores a este.

Teoricamente, a reidratação é o processo inverso da secagem. Porém, o

produto obtido como resultado dessa operação é incapaz de absorver tal quantidade

de água que foi perdida (STEPIEN, 2008). Isso se deve ao fato de que durante o

Revisão Bibliográfica

processo de secagem há a ruptura celular irreversível que resulta na perda de

integridade celular com formação de uma estrutura densa e colapsada, além do

encolhimento dos capilares com redução das propriedades hidrofílicas (KAYMAK-

ERTEKIN, 2002).

Durante a reidratação, a absorção de água nos primeiros estágios do

processo é bastante rápida, depois a taxa diminui gradualmente até atingir um

equilíbrio onde, provavelmente todos os poros disponíveis foram preenchidos; e o

volume do material se recompõe de uma porcentagem considerável do seu volume

original (LEE; KADER, 2000).

Vários fatores podem influenciar no processo de reidratação. A grande

maioria dos trabalhos encontrados na literatura sempre faz comparação entre as

temperaturas da água usada nesse processo (STEPIEN, 2008; SANJUÁN, et al.,

1999; FEMENIA, et al., 2000; GARCÍA-PASCUAL, et al., 2006). Outros mostram a

influência da composição química (FEMENIA et al., 1997) ou a influência de

diferentes métodos de secagem na cinética de reidratação (GIRI; PRASAD, 2007).

Para tentar descrever a cinética de absorção de água podem ser usados

modelos teóricos, semi-empíricos e empíricos. Os modelos baseados na teoria da

difusão são os mais encontrados na literatura para representar o processo de

reidratação de materiais secos (KAYMAK-ERTEKIN, 2002; FEMENIA, et al., 2000;

GARCÍA-PASCUAL, et al., 2006).

No Quadro 2.3 são apresentadas as principais equações utilizadas para

representar a cinética de reidratação.

A equação exponencial (2.11), representativa de uma cinética de primeira

ordem e desenvolvida com base no truncamento da solução do modelo difusivo no

primeiro termo, já foi utilizada com sucesso para representar a cinética de

reidratação de frutas como maçã e banana e vegetais como cenoura, batata e

brócolis (KROKIDA; MARINOS-KOURIS, 2003; SANJUÁN et al., 1999).

Quadro 2.3: Equações mais utilizadas para cinética de reidratação.

Nome

Equação

Referência

Exponencial

RR = RR

– (RR

– 1)exp(-k.t) (2.11)

Krokida e Marinos-kouris (2003)

Peleg

RR = (RR

– 1/k

) + t/(k

+ k

.t) (2.12)

Peleg (1988); Sanjuán et al., (2003)

Weibull

RR = RR

+ (1 + RR

)exp(- t/β)

(2.13)

Marabi et al., (2003); Marques (2008)

RR: razão de reidratação; RR

: razão de reidratação na saturação

Revisão Bibliográfica

Peleg (1988) propôs um modelo semi-empírico constituído por uma

equação não exponencial com dois parâmetros k

e k

. O primeiro é a constante

cinética, enquanto que o segundo é o parâmetro relacionado, por alguns autores

(GARCÍA-PASCUAL et al., 2006; MARQUES, 2008), à capacidade máxima de

reidratação.

A Equação 2.13 é o modelo probabilístico de Weibull que é de grande

interesse devido ao significado físico de seus parâmetros e pode fornecer uma base

para comparar suas características de ganho de água, incluindo informações sobre

a taxa de reidratação e a razão de reidratação (MARQUES; PRADO; FREIRE, 2009)

O parâmetro α é o parâmetro de forma (adimensional) que mede a

velocidade de absorção de água no início do processo de reidratação, quando

capilares e cavidades próximas à superfície são preenchidas. Quanto menor o seu

valor, maior a taxa de reidratação no período inicial. β é o parâmetro de escala que

pode ser comparado com o inverso do coeficiente de difusão efetivo por representar

a constante cinética da equação de Weibull.

Análise das propriedades de reidratação

Durante a reidratação ocorrem perdas de sólidos solúveis como

vitaminas, açúcares e minerais. Como a razão de reidratação não fornece

informação sobre a influência dos fluxos de água absorvida e solutos lixiviados sobre

o aumento de massa do material, utiliza-se os índices propostos por Lewick (1998).

Estes índices são a capacidade de absorção de água (CAA), capacidade de

retenção de matéria seca (CRS) e capacidade de reidratação (CR).

O índice CAA fornece informações sobre a capacidade do material seco

absorver água e é calculado pela razão entre a massa de água absorvida na

reidratação e a massa de água que foi removida na secagem da forma:

)100()100(

00 ss

ssrere

smsm

CAA





(2.14)

onde m é a massa da amostra, s o teor de sólido seco (g/g base seca) e os índices

re, s e o referem-se a amostra reidratada, seca e inicial, respectivamente. O índice

Revisão Bibliográfica

CAA varia de 0 a 1 e indica o quanto a secagem reduziu a capacidade do produto de

absorver água.

O índice CRS fornece informações sobre a capacidade do material de

reter sólidos solúveis, bem como sobre os danos aos tecidos e a sua permeabilidade

ao soluto. Este índice varia de 0 a 1 e é calculado pela seguinte equação:

rere

CRS





(2.15)

Os danos causados pelo processo de secagem e reidratação, assim

como a capacidade do produto seco de se reidratar é calculado pelo índice CR

usando os dois índices anteriores da forma:

CRSCAACR 

(2.16)

Os valores de CR vão de 0 a 1 e quanto menor o índice, maior o dano causado ao

tecido vegetal.

2.4.3 Germinação

O teste padrão de germinação (TPG) é o mais conhecido para determinar a

qualidade de sementes. Nele é avaliada a capacidade que uma semente tem de

germinar e produzir plântulas normais em condições de luminosidade, temperatura e

umidade ideais (MARCOS FILHO; CÍCERO; SILVA, 1987).

Esta avaliação visa obter informações sobre o valor das sementes para fins

de semeadura e fornecer dados que possam ser usados para comparar o valor de

diferentes lotes de sementes de uma mesma espécie e variedade. São utilizados

métodos de análises em laboratório que fornecem às sementes as condições

favoráveis para que a germinação ocorra (BRASIL, 2009).

A avaliação da germinação em condições de campo, geralmente, não é

satisfatória, pois dada a variação das condições ambientais, os resultados nem

sempre podem ser fielmente reproduzidos e utilizados para efeito de comparação

Revisão Bibliográfica

entre os produtos fornecidos mediante os diferentes tipos de secadores

(Nascimento, 2009).

Métodos de análise em laboratório, efetuados em condições controladas, de

alguns ou de todos os fatores externos, têm sido estudados e desenvolvidos de

maneira a permitir uma germinação mais regular, rápida e completa das amostras de

sementes de uma determinada espécie. Estas condições, consideradas ótimas, são

padronizadas para que os resultados dos testes de germinação possam ser

reproduzidos e comparados, dentro de limites tolerados pelas Regras de Análises de

Sementes – RAS (BRASIL, 2009).

As regras para o TPG, encontradas em Brasil (2009), sugerem que o

número de sementes para o teste seja de 400 divididas em repetições de 4x100; de

8x50 ou de 16x25. Estas sementes devem ser colocadas para germinar em

substrato próprio, previamente umedecido. Para as sementes do gênero Capsicum,

os substratos recomendados são: sobre papel (SP), entre papel (EP) ou sobre areia

(SA). O papel usado para o teste pode ser papel-toalha, de filtro ou específico como

GEMILAB

e GEMITEST

. No substrato SP, as sementes são colocadas para

germinar sobre duas ou mais folhas de papel. Para o substrato EP, as sementes são

colocadas entre duas ou mais folhas de papel. Os dois substratos podem ser

colocados diretamente nas bandejas do germinador, em placas de Petri ou caixas de

plástico, incolor e transparente. Já no substrato AS, as sementes são colocadas

sobre uma camada uniforme de areia umedecida e comprimidas contra a superfície

da mesma. A temperatura da câmara de germinação deve estar entre 20 e 30

durante todo o teste. As sementes ficam nessas condições durante o período total

de 14 dias, sendo que, no sétimo dia procede-se a primeira contagem das plântulas

germinadas e infeccionadas. As sementes que não germinaram (exceto as doentes)

são colocadas de volta na câmara até o 14

dia.

Uma das dificuldades que podem ser encontradas durante o TPG é a

dormência. As sementes dormentes são aparentemente viáveis, mas que não

germinam mesmo quando colocadas nas condições específicas para a espécie em

teste. Essas sementes são capazes de absorver água e intumecer, mas não

germinam nem apodrecem até o final do teste. No caso das sementes de pimenta

dedo-de-moça é sugerido o uso de luz ou solução de nitrato de potássio (KNO

)

(BRASIL, 2009).

Revisão Bibliográfica

Para Floriano (2004), a dormência impede a germinação, mas é uma

adaptação para a sobrevivência das espécies a longo prazo, pois geralmente faz

com que as sementes mantenham-se viáveis por maior período de tempo.

Para as sementes da espécie Capsicum baccatum, não foram encontrados

trabalhos tratando da germinação. Outros trabalhos tratam das sementes de

pimentão (Capsicum annum L.) e de algumas pimentas como a pimenta-de-macaco

(Xylopia aromática (Lam.) Mart.) e da pimenta malagueta (Capsicum frutescens L.)

encontrados, respectivamente, em Posse et al., (2001), Matteucci; Guimarães;

Tiveron Filho (1997); Dias et al., (2008).

Diante do contexto apresentado nesta revisão da literatura, constata-se que

apesar da secagem constituir uma operação de fundamental importância no

processo de obtenção de produtos à base da pimenta, as informações sobre a

secagem convectiva desse material são escassas. Além disso, a falta de

informações sobre as alterações ocorridas durante e após o processamento nas

propriedades físicas e do reaproveitamento das sementes mostra a necessidade de

conduzir estudos sobre a secagem da pimenta para contribuir com o

desenvolvimento científico deste processo e, também fornecer ao mercado,

alternativas para se obter um produto de melhor qualidade.

CAPÍTULO 3

MATERIAIS E MÉTODOS

Este capítulo abordará a matéria-prima descrevendo sua obtenção e

formas de preparação para os experimentos, equipamentos e reagentes. Também

serão apresentados os procedimentos para a determinação das propriedades físicas

e avaliação da qualidade do produto, bem como os métodos de tratamento de

dados.

3.1 Material

Pimenta

A matéria-prima constou de frutos de pimenta dedo-de-moça (Capsicum

baccattum var. Pendulum), obtidos no comércio da cidade de São Carlos-SP.

Procurou-se selecionar os frutos que tivessem as mesmas características visuais de

grau de maturação, cor e forma, além de obtê-los sempre no mesmo local de venda.

O produto foi lavado, para a remoção de partículas indesejadas e armazenado em

refrigerador a 5,0

C. Uma hora antes da secagem, retirava-se o material para

equilibrar sua temperatura com a temperatura ambiente e cortavam-se as placas

com dimensões de 1,0 x 4,0 cm. A Figura 3.1 apresenta a amostra na forma de

placa que era obtida a partir da pimenta inteira com uso de estilete.

Figura 3.1: Pimenta e amostra em forma de placa 4,0x1,0cm.

Materiais e Métodos

3.2 Equipamentos

3.2.1 Secador Convectivo

Para avaliar a secagem convectiva utilizou-se um secador horizontal com

convecção forçada de ar. O equipamento foi desenvolvido no Centro de Secagem do

DEQ/UFSCar (SINGULANI, 1998), de acordo com o esquema mostrado na Figura

3.2 que detalha o equipamento.

Figura 3.2: Unidade de secagem convectiva: 1) soprador; 2) aquecedor elétrico; 3) controlador de

temperatura; 4) sistema de homogeneização do ar e 5) câmara de secagem.

O aparelho é constituído por três partes: sistema de alimentação do ar,

sistema de aquecimento do ar e compartimento de secagem.

No sistema de alimentação do ar, o escoamento do mesmo é fornecido

por um soprador (1) fabricado pela IBRAM, modelo VC 3560, 3460 rpm e potência 4

CV que é conectado a uma válvula gaveta para ajuste manual da vazão. As

tubulações por onde passa o ar são de ferro galvanizado com 4” de diâmetro.

O aquecimento do ar (2) é realizado por um sistema composto de

resistências elétricas ligadas a um controlador de temperatura digital (3).

O compartimento de secagem contém duas partes: sistema de

homogeneização do ar (4) e a câmara de secagem (5). O sistema de

homogeneização do ar é formado por placas perfuradas logo após a tubulação. Os

furos das placas não estão alinhados, evitando canais preferenciais, o que melhora

a homogeneização da temperatura do fluido e seu escoamento.

Materiais e Métodos

Na câmara de secagem, as amostras foram colocadas em duas bandejas

de aço inoxidável feitas de telas perfuradas, de tamanho 17x17cm, espaçadas 5,5

cm uma da outra. As dimensões do compartimento de secagem são 115x40x20 cm

e a parte da câmara adaptada para realizar a secagem do material tem 50x20x20

cm.

As medidas de umidade relativa e temperatura do meio ambiente e do ar

de secagem foram obtidas com um higrômetro e um anemômetro presentes no Kit

Trisense da Cole Parmer Instruments Company (modelo 37000-90). A velocidade do

ar foi medida no centro da câmara de secagem através de perfurações presentes na

lateral do equipamento. Esse posicionamento para a medida foi escolhido após

testes para verificar homogeneidade da velocidade do ar e da temperatura na

câmara de secagem.

Para medir a temperatura ambiente e da câmara de secagem foram

usados termopares tipo K ligados a um registrador de temperatura da marca Digi-

Sense Scannig Thermocouple Thermometer (modelo 92800-15) fabricado pela Cole

Parmer Instruments Company.

3.2.2 Liofilizador

O liofilizador utilizado é de escala laboratorial da marca LABCONCO

(modelo 77535). Tal equipamento é composto basicamente por: painel de controle,

câmaras de secagem, câmara de condensação do vapor, compressor, sistema de

vácuo e trocador de calor. A Figura 3.3 mostra uma foto do equipamento.

Figura 3.3: Fotografia do liofilizador utilizado nos experimentos.

Materiais e Métodos

3.3 Procedimento Experimental

3.3.1 Secagem

Secagem Convectiva

No secador convectivo as temperaturas usadas foram de 50, 60 e 70ºC e

as velocidades do ar foram de 1,5; 2,0 e 2,5m/s, sendo estes valores definidos após

testes iniciais.

As amostras (Figura 3.1) foram dispostas sobre bandejas com a casca

(epicarpo) voltada para baixo. Assim, o ar escoava apenas na parte que

originalmente era a parte interna do fruto.

A variação da massa foi verificada, por meio de balança analítica, a cada

5min na primeira hora e depois em intervalos não periódicos até massa constante.

Após alguns testes, ficou claro que não havia necessidade de fixar tempo para medir

a perda de massa, pois não houve diferenças nas curvas de cinética. A massa seca

das amostras foi determinada pelo método da estufa a 105 ±3,0

C por 24h. Essa

escolha foi realizada após teste em estufa a vácuo a 70ºC, verificando-se que não

havia diferença significativa no resultado.

Liofilização

Na secagem realizada em liofilizador, as formas das amostras utilizadas

foram as mesmas da secagem convectiva (Figura 3.1). Para congelar as amostras

antes de colocar no equipamento foi usado o aparato mostrado na Figura 3.4,

composto de um recipiente onde foi colocado nitrogênio líquido - N

)

. As amostras,

dentro dos frascos do próprio liofilizador, foram colocadas no mesmo recipiente do

nitrogênio de maneira que entrassem em contato apenas com o seu vapor - N

2(v)

Após 15 minutos, as amostras já estavam congeladas o suficiente para

serem postas no liofilizador. Para a obtenção das curvas de secagem, as amostras

foram retiradas do secador em intervalos de 30 minutos e a massa, verificada em

balança analítica.

Materiais e Métodos

Nos dois modos de secagem (convectivo e liofilização), a massa do sólido

seco foi determinada via método direto da estufa a 105,0±3,0ºC por 24h ao final de

cada experimento.

Figura 3.4: Aparato utilizado no congelamento com nitrogênio líquido: 1) recipiente adiabático; 2)

recipiente com nitrogênio líquido e 3) material isolante.

3.3.2 Propriedades Estruturais

Densidade aparente (ρ

)

A densidade das amostras in natura e das amostras secas foi

determinada pelo método da picnometria líquida com hexano. Conhecendo-se a

temperatura e a densidade do líquido no experimento, assim como o volume

deslocado pela amostra, foi possível determinar a sua densidade.

O primeiro procedimento foi obter as massas da vidraria (m

pic

), da vidraria

com a amostra (m

pic + pim

) e destes com o hexano (m

pic + pim + hex

O próximo passo foi verificar o volume ocupado pelo líquido no

picnômetro. No entanto, não há dados de densidade do hexano na faixa de

temperatura na qual os experimentos foram realizados. Por isso, utilizou-se água

destilada.

Sabendo-se a temperatura da água durante o experimento, encontrou-se

a sua densidade em tabelas na literatura (PERRY; GREEN, 1992). Com isso, foi

possível encontrar o volume do picnômetro pela equação a seguir:







 +á







á

(3.1)

Materiais e Métodos

onde m

pic

é a massa do picnômetro, m

pic+água

é a massa do picnômetro mais a água

e ρ

água

é a densidade da água.

Após esse procedimento obteve-se a massa da vidraria com o hexano

pic+hex

). Esse valor mais o que foi encontrado para V

pic

e m

pic

foram usados no

cálculo da densidade do hexano pela equação a seguir:



=



 +









(3.2)

Esse dado junto a massa da amostra que foi utilizada forneceu o volume

de hexano deslocado. Com isso, foi possível encontrar a densidade da amostra

(ρ

pim

) pela equação a seguir:







 +

+







(3.3)

onde ρ

pim

é a densidade aparente da pimenta em g/cm

Densidade real (ρ

)

As amostras utilizadas neste teste foram as secas tanto em secador

convectivo como em liofilizador. A medida do volume do sólido seco, V

, foi

determinada através de um picnômetro a gás, modelo Ultrapycnometer 1000 da

Quantachrome Instruments. Este instrumento usa o método do deslocamento de gás

que é capaz de penetrar todos os poros abertos, desde que estes tenham no mínimo

o mesmo tamanho da molécula do gás. O restante da amostra, no qual o gás não

penetra, é considerado como volume de sólido.

Colocou-se a amostra em uma câmara e depois que todo o sistema foi

levado à pressão atmosférica, isolou-se a câmara de expansão, fechando a válvula

de expansão e pressurizando-se a câmara que continha a amostra até uma pressão

. Seguidamente, a válvula de expansão foi aberta e, em conseqüência, ocorreu

um abaixamento de pressão para P

. Admitindo comportamento ideal do gás, o

volume do sólido pôde ser calculado a partir da seguinte equação:















= 

(







+ 



) (3.4)

Materiais e Métodos

onde,





(3.5)

em que:

– volume da câmara da amostra;

– volume da câmara de expansão;

- volume do sólido seco.

A densidade foi calculada pelo equipamento, através da relação entre a

massa do sólido (introduzida como dado de entrada) e o volume (V

) derivado da

Equação 3.5.

Porosidade

A porosidade das amostras liofilizadas e secas por convecção foi

calculada a partir da determinação das densidades real e aparente usando a

Equação 2.10.

Encolhimento

O encolhimento foi medido diretamente na amostra com uso de um

paquímetro digital. Optou-se por esse método devido à mudança pela qual as

amostras apresentavam ao longo da secagem, impossibilitando o uso da técnica de

análise de imagens. Apenas a espessura foi mensurada, pois testes preliminares

mostraram que o encolhimento nas outras dimensões era pequeno a ponto de não

poder ser mensurado com os equipamentos existentes no laboratório.

Foram realizadas três medidas de espessura ao longo da amostra a fim

de encontrar uma média representativa da placa de pimenta. As medições

aconteceram do início ao fim do processo de secagem a cada intervalo de pesagem

das amostras.

Materiais e Métodos

3.3.3 Avaliação da Qualidade do Produto

Acido ascórbico

A quantificação de ácido ascórbico foi realizada com as amostras ainda in

natura, após a secagem e depois da reidratação para que pudessem ser

quantificadas as perdas relacionadas ao processo.

O método consistiu na titulação com o reagente 2,6-dicloro-indofenol e o

teor de vitamina C expresso em mg de ácido ascórbico / 100g de amostra seca.

Para a preparação do indicador, foram dissolvidos 50,0 mg de 2,6

diclorofenol-indofenol (I) em aproximadamente 150ml de água destilada a 70

contendo 42,0mg de bicarbonato de sódio. Resfriou-se e diluiu-se com água

destilada até completar 200ml. Guardou-se em refrigerador e padronizou-se antes

de cada experimento.

Para a padronização, o reagente (I) foi titulado com uma solução

contendo 5,0ml de ácido ascórbico (100 mg/l) mais 5ml de ácido oxálico(H

) a

2%, até aparecer a cor rosa persistente.

Um grama de pimenta triturada foi adicionada a 50 ml de uma solução de

ácido oxálico(H

) a 2% e filtrado. Retirou-se uma alíquota de 10 ml para titular

com a solução indicadora (reagente I) até aparecer a coloração rosa persistente.

Devido à cor avermelhada da amostra, a solução extraída com ácido

oxálico teve que ser diluída para 100 ml. Foi preparada uma solução na mesma

concentração com a pimenta in natura que serviu como um branco. Só assim, foi

possível determinar o final da titulação pela cor rósea. A Figura 3.5 mostra a foto da

solução antes (a) e depois (b) da titulação onde é possível visualizar a diferença na

coloração.

Figura 3.5: Foto da solução de pimenta antes (a) e depois (b) da titulação.

Materiais e Métodos

Dessa maneira, a quantidade de ácido ascórbico pode ser calculada

como mostra a equação a seguir:

VVV

AFtT

100.)./5,0.(



(3.6)

onde:

= ácido ascórbico (mg/100g)

= volume de titulação (ml)

tit

= volume titulado na padronização da solução indicadora (ml)

= volume aferido (ml)

= volume da alíquota (ml)

m = massa da pimenta (g)

Reidratação

Após a secagem, as amostras foram hidratadas por imersão em água

destilada à temperatura ambiente (25ºC). Em diferentes tempos, a amostra era

retirada e seca em papel toalha antes de ser colocada na balança analítica. O final

da reidratação foi determinado quando a variação da massa passou a ser menor que

0,0002 g. O experimento foi realizado em triplicata e a massa seca, determinada

pelo método da estufa.

Os dados obtidos a partir desse procedimento possibilitaram a construção

de gráficos da razão de reidratação (RR) em função do tempo. O valor de RR foi

definido com base na relação entre a massa total da amostra após determinado

tempo de reidratação e a massa inicial da amostra seca.

Germinação

A qualidade das sementes de C. baccatum foi determinada em termos de

índice de germinação após o processo de secagem. A germinação foi avaliada

mediante o Teste Padrão de Germinação (TPG) seguindo o que é sugerido nas

Regras para Análise de Sementes – RAS em Brasil (2009).

Materiais e Métodos

As sementes usadas neste teste foram obtidas da secagem de pimentas

inteiras em secador convectivo nas temperaturas de 50 e 70ºC e velocidade do ar de

1,5m/s. Experimentos a 40°C foram realizados em estufa comum devido a

instabilidade do secador convectivo nesta temperatura. A escolha desses valores de

temperatura teve como objetivo principal englobar as prováveis condições de

secagem da pimenta que possam estar sendo usadas pelos agricultores.

O experimento foi desenvolvido com 400 sementes separadas em 16

placas de Petri com 25 sementes cada uma. As sementes foram colocadas para

germinar entre o substrato formado de papel próprio para germinação da marca

GERMITEST

. O conjunto (sementes+substrato) foi periodicamente borrifado com

água destilada e ficou acondicionado dentro de placas tampadas de forma a garantir

aproximadamente 100% de umidade relativa. Os recipientes foram colocados em

uma câmara germinadora da marca FAUVEL CIENTÍFICA LTDA, com temperatura

controlada variando entre 21,0 ºC e 28,0 ºC.

No presente trabalho, testes preliminares mostraram a necessidade do

fornecimento de luz, sugerido pela RAS como tratamento especial para a quebra da

dormência. A luz era ligada durante 8 horas diariamente.

A primeira contagem foi realizada no 7º dia e a última no 14º. Na primeira

verificação foram retiradas as plântulas já desenvolvidas e as sementes

contaminadas. Na última contagem (14 dias) foram contabilizadas todas as plântulas

que vingaram e classificadas como normais ou anormais. Como sugerido pelas

Regras para Análise de Sementes, o experimento prosseguiu por mais 2 dias para

que algumas sementes tivessem sua germinação completada.

O índice de germinação foi calculado como a razão entre as sementes

que produziram plântulas normais e o total de sementes do experimento.

3.4 Procedimento de Cálculo

Cinética de Secagem

A partir dos resultados de umidade (b.s) e tempo obtidos ao longo de

cada experimento, foram traçadas as curvas de cinética de secagem da umidade

adimensional (MR) em função do tempo de secagem.

Materiais e Métodos

Para encontrar uma equação que pudesse representar esses dados de

cinética foram testadas as equações (2.1), (2.2) e (2.3) apresentadas no Quadro 2.2

da revisão bibliográfica.

O ajuste das equações de secagem aos dados experimentais foi feito

mediante a regressão não linear por meio do software STATISTICA

7.0, com os

parâmetros das equações estimados pelo método dos mínimos quadrados.

O critério de avaliação do melhor ajuste foi realizado com base nos

valores do coeficiente de correlação (R

) apresentado, da soma de quadrados dos

resíduos (SQR) e do erro médio quadrático (EMQ). As equações que representam

SQR e EMQ são:

 







pred

MRMR

SQR

exp

(3.7)

 

5,0

exp



















pred

MRMR

EMQ

(3.8)

onde N é o número de pontos experimentais e MR

pred

e MR

exp

é a umidade

adimensional predita pelo modelo e a obtida experimentalmente

respectivamente.

Cinética de Reidratação

A fim de descrever a cinética de reidratação das amostras secas, utilizou-

se as equações 2.11 a 2.13 que foram apresentadas no Quadro 2.3. Para a

obtenção dos parâmetros destas equações, utilizou-se o programa STATISTICA

7.0 fazendo-se uso de regressão não-linear através do método dos mínimos

quadrados em uma série de passos iterativos. Para avaliar a qualidade do ajuste

foram usados três critérios estatísticos: R

, SQR e EMQ.

Para expressar as características de reidratação do produto seco. Foram

usados índices propostos por Lewick (1998) calculados por meio das Equações 2.14

a 2.16.

CAPÍTULO 4

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos a

partir da cinética de secagem por convecção forçada e a discriminação das

equações de secagem incluindo dados obtidos em liofilizador. Também é

apresentado o estudo feito com relação às propriedades estruturais, análise da

qualidade da pimenta seca, assim como da capacidade germinativa das sementes

após o processamento.

4.1 Secagem

Visando obter informações sobre a cinética de secagem das placas de

pimenta em secador convectivo, foram construídas curvas do adimensional de

umidade em função do tempo nas diferentes condições operacionais utilizadas.

A Figura 4.1 apresenta os resultados típicos do adimensional de umidade

em função do tempo de secagem, parametrizados na temperatura do ar. Observa-se

que a temperatura apresentou influência no processo em todas as velocidades

utilizadas com exceção de 2,5m/s nas temperaturas de 50 e 60ºC. Com o aumento

da temperatura do ar de secagem, a umidade da amostra atingiu o seu valor mínimo

em menos tempo.

As curvas mostradas na Figura 4.1 (a) e na 4.1(b) indicam claramente o

efeito causado pelo aumento da temperatura do ar na cinética. Na Figura 4.1(c)

nota-se que a diferença foi pequena entre as temperaturas de 50 e 60

C onde as

curvas ficaram quase sobrepostas. Mesmo assim, ainda houve uma redução de 25%

no tempo requerido para se atingir o equilíbrio na temperatura de 60

C com relação

a 50

A influência do parâmetro T(

C) na Figura 4.1(c) também foi verificada por

meio do cálculo da área sob as curvas através do software Origin Lab

8.0. Assim,

mesmo as curvas estando quase sobrepostas, com o aumento da temperatura de 50

para 60

C, houve uma redução de 9,6% referente a área.

Resultados e Discussão

a) 1,5m/s b) 2,0m/s

c) 2,5 m/s

Figura 4.1: MR em função do tempo para a secagem de pimenta em secador convectivo nas

velocidades de a) 1,5m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s parametrizados na temperatura do ar.

Na Figura 4.1 (a), a redução na área abaixo das curvas foi de 39,3%

quando a temperatura passou de 50 para 60

C e de 30,6% quando aumentou para

C. Já na Figura 4.1 (b), houve redução de 46,8% no intervalo de 50 para 60

C e

de 35,4% de 60 para 70

C. Por esses resultados observa-se que houve maior

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 100 200 300 400

t(min)

70°C

60°C

50°C

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 100 200 300 400

t(min)

70°C

60°C

50°C

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 100 200 300 400

t(min)

70°C

60°C

50°C

Resultados e Discussão

transferência de energia entre o ar de secagem e as amostras facilitando a

evaporação da água do material ou transferência de massa em todas as condições

operacionais mostradas na figura.

A influência da velocidade do ar sobre o processo de secagem da

pimenta dedo-de-moça foi analisada e os resultados podem ser vistos através da

Figura 4.2 onde se tem MR em função do tempo

a) 50

C b) 60

c) 70

Figura 4.2: MR em função do tempo na secagem de pimenta nas temperaturas de a) 50°C; b) 60°C e

c) 70°C parametrizados na velocidade do ar.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 100 200 300

t(min)

1,5 m/s

2,0 m/s

2,5 m/s

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 100 200 300

t(min)

1,5 m/s

2,0 m/s

2,5 m/s

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 100 200 300

t(min)

1,5 m/s

2,0 m/s

2,5 m/s

Resultados e Discussão

Diferente do que foi observado para a temperatura, o aumento da

velocidade do ar não teve influência direta sobre a secagem da pimenta. Nas

Figuras 4.2(a) e 4.2(c), as curvas que mostram o aumento de 1,5 para 2,0 m/s

ficaram praticamente sobrepostas. Já nas curvas que representam a maior

velocidade utilizada (2,5m/s), houve uma redução no tempo do processo de 32,0% e

35,0% nos experimentos realizadas a 50 e 70

C, respectivamente. No entanto,

observando a Figura 4.2(b), verifica-se que o aumento da velocidade do ar não foi

vantajoso no processo de secagem, pois as amostras atingiram o equilíbrio dinâmico

praticamente ao mesmo tempo.

Tais resultados mostram que, nas condições experimentais em que foram

realizados estes testes, o gasto de energia com o aumento da velocidade não foi

vantajoso.

Estes resultados podem ser comparados com outros encontrados na

literatura, os quais analisaram a cinética de produtos alimentícios como pimentão,

acerola e cenoura (DOYMAZ; PALA, 2002; ALMEIDA et al., 2006; ZIELINSKA;

MARKOWSKI, 2009). Nesses trabalhos, dentre muitos, foram feitas afirmações de

que o mecanismo difusivo controlava o processo de secagem apenas analisando as

curvas de secagem. No entanto, no presente trabalho, analisou-se também a taxa

de secagem do material a fim de confirmar se as curvas apresentadas na Figura 4.1

representam a predominância do efeito difusivo sobre a secagem da pimenta.

Para tal objetivo, foram construídas curvas da taxa de secagem (g de

água/min) em função da umidade do material (b.s) parametrizadas na temperatura

do ar e velocidade apresentados, respectivamente, nas Figuras 4.3 e 4.4.

A partir da Figura 4.3, observa-se que a temperatura foi um fator

importante na taxa de secagem, pois com o aumento desta variável houve também

um aumento na velocidade com que umidade se difundia do interior do produto para

a sua superfície. Isso se deve ao fato do aumento da temperatura elevar a

quantidade de energia a ser transferida entre o ar de secagem e a amostra,

facilitando assim a transferência de massa do material para o ar de secagem. Esta

análise engloba toda a faixa de velocidade usada nos experimentos.

Resultados e Discussão

a) 1,5m/s b) 2,0m/s

c)2,5m/s

Figura 4.3: Taxa de secagem em função do teor de umidade (b.s) nas velocidades do ar de a) 1,5

m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s parametrizados na temperatura.

Já na Figura 4.4 observa-se que a velocidade do ar não influenciou de

forma significativa a taxa de secagem. Na Figura 4.4 (c), apesar do aumento desse

parâmetro sugerir uma tendência a elevar a taxa de secagem, tal aumento só é

notado no inicio do processo de secagem. Depois, as três velocidades proporcionam

taxas praticamente iguais.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,0 6,0 12,0 18,0

Taxa

Ubs

70°C

60°C

50°C

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,0 6,0 12,0 18,0

Taxa

Ubs

70°C

60°C

50°C

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,0 6,0 12,0 18,0

Taxa

Ubs

70°C

60°C

50°C

Resultados e Discussão

a) 50

C b) 60

c) 70

Figura 4.4: Taxa de secagem em função do teor de umidade (b.s) nas temperaturas de a) 50

C; b)

C e c) 70

C parametrizados na velocidade do ar.

Estas figuras também mostram que a pimenta, assim como a maioria dos

materiais biológicos, não apresentou período de taxa constante havendo somente o

período de taxa decrescente.

Dessa maneira, é possível afirmar que as resistências de transferências

de massa encontram-se essencialmente no interior do produto, fazendo com que a

taxa de evaporação da superfície para o ambiente seja bem superior a taxa de

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,0 6,0 12,0 18,0

Taxa

Ubs

2,5m/s

2,0m/s

1,5m/s

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,0 6,0 12,0 18,0

Taxa

Ubs

2,5m/s

2,0m/s

1,5m/s

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,0 6,0 12,0 18,0

Taxa

Ubs

2,5m/s

2,0m/s

1,5m/s

Resultados e Discussão

reposição de umidade do interior até a superfície do material. Diante disto, pode-se

afirmar que o mecanismo que governa o processo de secagem convectiva da

pimenta dedo-de-moça é o difusivo. Desta forma, não se justifica gasto energético

com o aumento da velocidade do ar para a secagem desse material.

Na literatura encontram-se outros trabalhos que tratam da secagem de

alimentos e que obtiveram resultados semelhantes para a secagem de uvas sem

sementes, maçãs, cebolas, pimentões vermelhos e cenouras (KAYA; AYDIN;

DEMIRTAS, 2007; PANKAJ; SHARMA, 2006; SCHULTZ et al., 2007; VEGA et al.,

2007; BENNAMOUN; BELHAMRI, 2006; ZIELINSKA; MARKOWSKI, 2009).

Discriminação das equações de secagem

Com base nos resultados obtidos foram realizados tratamentos de dados

através do programa STATISTICA 7

visando obter uma equação para representar a

cinética do material estudado.

Os ajustes dos dados de cinética de secagem foram realizados com as

Equações 2.1, 2.2 e 2.3 já apresentadas na revisão bibliográfica e denominadas,

respectivamente, de Lewis, Page e Brooker.

A escolha da equação que melhor representasse a cinética de secagem

foi realizada com base nos parâmetros estatísticos R

, SQR e EMQ, previamente

descritos no capítulo de materiais e métodos. Os valores desses critérios estatísticos

estão apresentados nas Tabelas 4.1, 4.2 e 4.3 para as velocidades de 1,5; 2,0 e

2,5m/s, respectivamente e parametrizadas nas temperaturas de 50; 60 e 70

C. A

partir desses dados observa-se que, para as condições de secagem utilizadas neste

trabalho, as equações utilizadas mostraram-se adequadas para representar os

dados da cinética de secagem da pimenta dedo-de-moça. Tal escolha foi realizada

com base nos baixos valores de EMQ e SQR, bem como de R

próximos a unidade.

Alguns autores (AKPINAR; BICER; YILDZ, 2003; DOYMAZ, 2004) que

testaram as mesmas equações no ajuste dos dados de secagem de alimentos

julgaram como melhor equação a de Page. No entanto, a diferença entre os valores

encontrados para os critérios estatísticos foi pequena ao ponto de não se poder

escolher apenas uma equação como no presente trabalho.

Resultados e Discussão

Tabela 4.1: Critérios estatísticos dos ajustes às equações em 1,5m/s.

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

SQR

EMQ

SQR

EMQ

SQR

EMQ

0,995

4,3x10

-4

2,1x10

-2

0,999

1,0x10

-4

1,0x10

-2

0,996

3,4x10

-4

1,8x10

-2

0,999

1,3x10

-4

1,2x10

-2

0,999

1,3x10

-4

1,1x10

-2

0,999

1,2x10

-4

1,1x10

-2

0,998

2,2x10

-4

1,5x10

-2

0,998

1,4x10

-4

1,2x10

-2

0,998

1,9x10

-4

1,4x10

-2

Tabela 4.2: Critérios estatísticos dos ajustes às equações em 2,0m/s.

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

SQR

EMQ

SQR

EMQ

SQR

EMQ

0,998

2,1x10

-4

1,4x10

-2

0,999

0,8x10

-4

0,9x10

-2

0,999

1,2x10

-4

1,1x10

-2

0,990

9,7x10

-4

3,1x10

-2

0,997

3,1x10

-4

1,8x10

-2

0,991

8,3x10

-4

2,9x10

-2

0,998

2,2x10

-4

1,5x10

-2

0,998

1,4x10

-4

1,2x10

-2

0,998

1,9x10

-4

1,4x10

-2

Tabela 4.3: Critérios estatísticos dos ajustes às equações em 2,5m/s.

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

SQR

EMQ

SQR

EMQ

SQR

EMQ

0,995

4,9x10

-4

2,2x10

-2

0,995

4,9x10

-4

2,2x10

-2

0,995

4,3x10

-4

2,1x10

-2

0,996

4,0x10

-4

2,0x10

-2

0,996

4,0x10

-4

2,0x10

-2

0,996

3,6x10

-4

1,9x10

-2

0,998

1,1x10

-4

1,1x10

-2

0,998

0,6x10

-4

0,8x10

-2

0,999

1,0x10

-4

0,1x10

-2

Cada equação apresenta um ou mais parâmetros e os valores desses

para as velocidades 1,5; 2,0 e 2,5m/s, parametrizados na temperatura do ar de

secagem estão reunidos nas Tabelas 4.4, 4.5 e 4.6.

Os valores encontrados para o parâmetro k seguem uma tendência de

aumento com a temperatura em todas as equações. Esses resultados reforçam o

que já foi discutido sobre a predominância do processo difusivo na secagem da

pimenta, pois esse parâmetro, pelo menos nas Equações 2.1 e 2.2, é a constante de

secagem que depende da temperatura segundo uma função do tipo Arrhenius.

Resultados e Discussão

Tabela 4.4: Parâmetros ajustados com as equações de secagem para 1,5m/s.

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

1,3x10

-2

(±0,4x10

-3

)

1,8x10

-2

( ± 0,8x10

-3

)

0,918

(± 15,0x10

-3

)

1,2x10

-2

(± 0,5x10

-3

)

0,963

(± 0,5x10

-3

)

2,2x10

-2

(± 0,4x10

-3

)

2,4x10

-2

(± 2,3x10

-3

)

0,976

(± 19,0x10

-3

)

2,1x10

-2

(± 0,5x10

-3

)

0,990

(± 8,3x10

-3

)

3,0x10

-2

(± 0,5x10

-3

)

2,7x10

-2

(± 2,8x10

-3

)

1,032

(± 18,0x10

-3

)

3,0x10

-2

( ± 0,7x10

-3

)

0,997

(± 11x10

-3

)

Tabela 4.5: Parâmetros ajustados com as equações de secagem para 2,0m/s.

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

1,1x10

-2

(±0,4x10

-3

)

1,5x10

-2

( ± 0,2x10

-3

)

0,936

(± 95,0x10

-3

)

1,1x10

-2

(± 0,7x10

-3

)

0,975

(± 0,5x10

-3

)

2,0x10

-2

(± 0,02x10

-3

)

1,0x10

-2

(± 3,3x10

-3

)

1,180

(± 9,0x10

-3

)

2,1x10

-2

(± 0,3x10

-3

)

1,036

(± 1,3x10

-3

)

3,4x10

-2

(± 0,1x10

-3

)

4,3x10

-2

(± 5,6x10

-3

)

0,935

(± 58,0x10

-3

)

3,3x10

-2

( ± 0,4x10

-3

)

0,981

(± 91,0x10

-3

)

Além disso, tais resultados concordam com o que já foi reportado na

literatura por alguns trabalhos (VEGA et al., 2007; AZZOUZ; JOMAA; BELGHITH,

1998). Vega et al., (2007), analisando a secagem de pimentões vermelhos,

obtiveram valores de k, ajustados a equação de Page, variando de 0,73x10

-2

Tabela 4.6: Parâmetro ajustado com as equações de secagem para 2,5m/s.

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

1,6x10

-2

(±0,3x10

-3

)

1,6x10

-2

( ± 0,5x10

-3

)

0,997

(± 65,0x10

-3

)

1,5x10

-2

(± 0,1x10

-3

)

0,980

(± 0,2x10

-3

)

1,8x10

-2

(± 0,8x10

-3

)

1,8x10

-2

(± 3,8x10

-3

)

0,997

(± 29,0x10

-3

)

1,8x10

-2

(± 0,5x10

-3

)

0,984

(± 4,9x10

-3

)

5,3x10

-2

(± 0,5x10

-3

)

4,5x10

-2

(± 1,9x10

-3

)

1,053

(± 11,0x10

-3

)

5,3x10

-2

(± 0,8x10

-3

)

1,012

(± 41,0x10

-3

)

Resultados e Discussão

1,36x10

-2

min

-1

nas temperaturas de 50 a 70

C, afirmando que esse parâmetro

aumentou com a temperatura utilizada.

Analisando o parâmetro n, verificou-se que o mesmo aumentou com a

velocidade do ar de secagem, mas de maneira moderada como pode ser visto na

Figura 4.5. Na realidade há a necessidade de mais pontos para se fazer uma análise

consistente. Esses resultados reforçam a pouca influência da velocidade do ar na

secagem convectiva de Capsicum baccatum.

Figura 4.5: Parâmetro n em função da velocidade do ar na secagem.

A variação desse parâmetro na secagem pode estar relacionada à forma

do material e à formação de uma camada externa no produto seco. Essa camada

pode impermeabilizar o produto causando maior resistência à transferência de

massa, que será maior ou menor dependendo de tipo de material e da espessura da

camada formada (KARATHANOS; BELESSIOTIS, 1999).

No caso da pimenta dedo-de-moça deste trabalho, formou-se uma

camada externa no produto seco, a qual pode ter contribuído para a pequena

variação nos valores obtidos para n e, conseqüentemente, a transferência de massa

durante o processo. Com relação a influência da forma não se pode fazer uma

análise apurada, pois a pimenta foi processada sempre no mesmo formato (placa).

Babalis e Belessiotis (2004) obtiveram resultados semelhantes na

secagem de figos, onde o parâmetro n aumentou de forma linear com o aumento da

velocidade do ar.

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5

parâmetro n

v(m/s)

Resultados e Discussão

Os dados obtidos durante a secagem em liofilizador também foram

ajustados às equações já citadas e os resultados estão resumidos na Tabela 4.7

onde estão tanto os valores obtidos para cada parâmetro como os valores dos

critérios estatísticos.

Tabela 4.7: Parâmetros das equações de ajustes das amostras liofilizadas.

Parâmetros

Liofilização

LEWIS (2.1)

PAGE (2.2)

BROOKER (2.3)

1,26x10

-2

±7,0x10

-4

2,0x10

-3

± 2,0x10

-4

1,33x10

-2

± 8,0x10

-4

1,058 ± 0,0379

1,408±1,8x10

-2

0,981

0,999

0,985

SQR

1,9x10

-3

2,0x10

-5

1,6x10

-3

EMQ

4,3x10

-2

5,3x10

-3

3,9x10

-2

Neste caso, a Equação 2.2 foi a que melhor representou os dados da

cinética de secagem em liofilizador, pois obteve maior valor de coeficiente de

correlação e os menores valores de SQR e EMQ em relação às outras duas

equações. Marques (2008), trabalhando com liofilização de frutas tropicais,

comparou os valores de n para diferentes tipos de congelamento encontrando o

valor de 1,311 nas amostras congeladas com vapor de nitrogênio. Valor este que

ficou próximo ao encontrado para a pimenta dedo-de-moça liofilizada (Tabela 4.7)

que também foi congelada no N

2(v)

4.2 Propriedades Estruturais

Densidade Aparente

Na Tabela 4.8 observam-se os valores das densidades aparentes para as

amostras secas em secador convectivo e liofilizador.

As diferenças entre as densidades mostradas na tabela refletem o tipo de

processamento que as amostras sofreram. O ar aquecido usado na secagem por

Resultados e Discussão

convecção forçada provoca mudanças estruturais durante o processo como, por

exemplo, o colapso celular gerando um produto com maior densidade aparente.

Tabela 4.8 Densidades aparentes das amostras em estudo.

(g/cm

)

1,5 m/s

1,30

1,93

1,10

2,0 m/s

1,56

1,69

1,42

2,5 m/s

1,30

1,66

1,80

Liofilizada

0,19

Para a amostra in natura, ρ

foi de 0,969 g/cm

ficando próximo ao

encontrado na literatura para outros vegetais como abacaxi (0,961 g/cm

), acerola

(0,971 g/cm

) e manga (0,983 g/cm

) analisados por Marques (2008). Porém, difere

do verificado por Chaves (2009) que foi de 0,623 g/cm

. Esta discrepância deve-se

ao formato que foi usado em seus experimentos, pois Chaves (2009) utilizou a

pimenta inteira ao invés de placas. Essa fruta na forma inteira possui uma cavidade

que se mantém preenchida por ar cuja densidade é de 1,2.10

-3

g/cm

e que é

contabilizado no volume aparente da amostra.

A amostra liofilizada foi a de menor densidade aparente dentre as

apresentadas na Tabela 4.8. Segundo Krokida e Maroulis (2000), essa propriedade

estrutural (ρ

) é fortemente modificada pelo processo de secagem que é utilizado

(vácuo, secagem convectiva, liofilização, desidratação osmótica e microondas) e as

amostras desidratadas por meio de liofilização sempre resultam em produtos com as

menores densidades aparentes.

Trabalhando com liofilização de frutas e legumes, Krokida e Maroulis

(2001) encontraram valores de 0,12; 0,26; 0,14 e 0,18 g/cm

referentes a densidade

aparente de maçã, banana, cenoura e batata, respectivamente. Chaves (2009)

encontrou 0,18 g/cm

para amostra de pimenta Capsicum baccatum liofilizada.

Na Figura 4.6 é mostrada relação da densidade aparente em função da

umidade em base seca (X

) durante a secagem por convecção forçada.

Resultados e Discussão

Nota-se que ρ

aumentou à medida que o conteúdo de água foi

removido. Na liofilização do mesmo material, Chaves (2009) verificou efeito contrário

assim como Marques (2008) estudando a mudança nas propriedades estruturais de

frutas tropicais liofilizadas.

Figura 4.6: Densidade aparente em função do teor de umidade (b.s).

Esta diferença, com relação secagem convectiva e a liofilização, foi

demonstrada por Krokida e Maroulis (2001), com a batata, a banana e a cenoura.

Esses vegetais, ao serem secos por convecção forçada, tinham suas densidades

aparentes aumentadas à medida que perdiam umidade, semelhante a este trabalho.

Porém, ao serem secos em liofilizador, ocorria o efeito contrário.

A diferença entre os dois processos é que na liofilização o volume

macroscópico do material permanece quase constante durante toda a secagem e o

encolhimento é desprezível (ACHANTA; OKOS, 2000) de maneira que a diminuição

da densidade aparente se dá devido à remoção de água porque o volume do

material pode ser considerado constante durante a secagem. Assim, o local ocupado

por água passa a ser ocupado por ar. Já na secagem por convecção o processo se

desenvolve tanto com a redução da umidade como do volume do material.

Densidade Real

Na Tabela 4.9 estão reunidos os valores obtidos para a densidade real

das amostras para os experimentos realizados em cada condição de secagem.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

(g/cm

)

g de água/g(b.s)

2,5m/s

2,0m/s

1,5m/s

Resultados e Discussão

Semelhante ao que foi verificado para a densidade aparente, ρ

real

não

sofreu influência direta da temperatura utilizada no procedimento. Em média, esta

propriedade foi de 2,26 g/cm

para as amostras secas por convecção forçada sendo

que aquelas processadas a 60

C alcançaram os maiores valores. Já no processo

onde se utilizou liofilização, o valor encontrado para ρ

real

ficou próximo a média das

amostras secas por convecção.

Tabela 4.9 Densidades reais das amostras em estudo.

T (

real

(g/cm

)

1,5 m/s

1,77

2,87

1,31

2,0 m/s

2,42

2,99

2,00

2,5 m/s

2,33

2,89

1,80

Liofilizada

2,11

Na literatura, alguns autores reportaram que o tipo de secagem não

influenciou na densidade real das amostras. Por exemplo, Krokida e Maroulis (2001)

compararam as mudanças nas propriedades físicas de maçãs, batatas, cenouras e

bananas com relação a diferentes métodos de secagem (microondas, secagem

convectiva, estufa a vácuo, liofilização e desidratação osmótica) e concluíram que o

único método que causou diferenças significativas na densidade real foi a

desidratação osmótica. Isso ocorre devido à transferência de massa característica

desse procedimento que faz com que a perda de água e o ganho de sólidos

aproximem a densidade do material à densidade do agente desidratante utilizado.

A Figura 4.7 apresenta mudança na densidade real da pimenta durante o

processo de secagem convectiva com relação a mudança no conteúdo de umidade

das amostras.

Verifica-se que em todos os experimentos a densidade real aumentou à

medida que a umidade diminuiu. Com a remoção da umidade, a densidade se

aproxima cada vez mais da densidade do material.

Resultados e Discussão

Figura 4.7: Densidade real em função do teor de umidade (b.s).

O mesmo comportamento foi encontrado por Krokida e Maroulis (2001)

para cenouras, maçãs, bananas e batatas e por Chaves (2009) na liofilização da

pimenta dedo-de-moça.

A semelhança com os resultados obtidos por Chaves (2009) na

liofilização sugere que o tipo de secagem não influencia na densidade real da

pimenta. No entanto, com os dados obtidos no presente estudo não é possível

afirmar se houve ou não influência do tipo de processamento na ρ

real

da pimenta,

pois se trata um material muito heterogêneo quanto a forma e composição

(concentração de constituintes). Além disso, cada amostra apresenta

comportamento diferente durante a secagem, deformando-se com diferentes

intensidades, evidenciando a não uniformidade mesmo em sua estrutura interna que

será visto mais a frente. Em trabalhos futuros, faz-se necessário um estudo com

uma amostragem maior.

Porosidade

A Figura 4.8 apresenta a relação entre a porosidade da pimenta dedo-de-

moça em função da umidade perdida durante a secagem por convecção forçada.

A figura mostra que a porosidade seguiu uma tendência de aumento com

a redução da umidade. Comportamento este semelhante ao encontrado por Chaves

(2009) para pimenta (Capsicum baccatum) liofilizada. Isso sugere que esta

propriedade física (ε) também não é afetada pelo método de secagem. Krokida e

0,0

0,7

1,4

2,1

2,8

3,5

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

real

(g/cm

)

g de água/g(b.s)

2,5m/s

2,0m/s

1,5m/s

Resultados e Discussão

Maroulis (2001) demonstraram que alguns legumes e frutas (cenouras, maçãs,

bananas e batatas) apresentaram esse mesmo comportamento mostrado na Figura

4.8 tanto na liofilização como na secagem convectiva.

Figura 4.8: Porosidade em função da umidade (b.s) das amostras desidratadas por convecção.

As amostras resultantes da secagem convectiva apresentaram

porosidade variando entre 0,16 a 0,43 onde o menor valor foi para as amostras

submetidas a temperatura de 70ºC e velocidade de 1,5m/s cuja umidade de

equilíbrio foi de 0,6 (b.s). Já as amostras secas a 60

C e 2,0m/s foram as que

atingiram o maior valor (0,43) e sua umidade de equilíbrio média foi de 0,34 (b.s).

Nos experimentos realizados em liofilizador a ε, em média, foi de 0,91; semelhante

ao relatado por Chaves (2009) para o mesmo material e sob a mesma técnica de

secagem.

A alta porosidade encontrada para as amostras liofilizadas é resultado do

próprio processo onde se utiliza vácuo e baixa temperatura para secar o material.

Em contrapartida, os poros produzidos na secagem convectiva devem-se as tensões

celulares provocadas pelo uso de altas temperaturas que acabam por romper as

estruturas biológicas dos alimentos como as paredes celulares (ZOGZAS;

MAROULIS; MARINOS-KOURIS, 1994) deixando a estrutura mais porosa.

Encolhimento

O fenômeno do encolhimento foi investigado, após a secagem da

pimenta, com base na redução da espessura. Neste trabalho, considerou-se que o

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

ε(-)

g de água/g(b.s)

2,5m/s

2,0m/s

1,5m/s

Resultados e Discussão

encolhimento foi unidimensional, analisando-se apenas a espessura da placa

(Figura 3.1). A Figura 4.9 apresenta a relação entre o encolhimento sofrido pela

amostra e sua umidade durante o processo de secagem convectiva, parametrizados

na temperatura do ar.

a) 1,5 m/s b) 2,0 m/s

c) 2,5 m/s

Figura 4.9: Encolhimento da pimenta em função de MR durante a secagem convectiva nas

velocidades a) 1,5m/s; b) 2,0m/s e c) 2,5m/s, parametrizados na temperatura do ar.

A figura mostra que a redução da espessura foi praticamente proporcional

a perda de umidade. Não houve relação direta entre o encolhimento da amostra e a

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

espessura (cm)

70°C

60°C

50°C

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

espessura (cm)

70⁰C

60⁰C

50⁰C

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

espessura (cm)

70⁰C

60⁰C

50⁰C

Resultados e Discussão

temperatura aplicada o que pode ser visto, principalmente, na Figura 4.9-b, onde as

amostras secas a 50 °C encolheram mais rapidamente do que as demais.

Em todas as condições estudadas, as amostras secas a 60°C

apresentaram maior dificuldade na redução de sua espessura pelo menos em um

momento da secagem. Conforme Madiouli et al., (2007) comentaram, este

acontecimento mostra que o produto que secou nessa temperatura apresentou

maior porosidade. Isto se confirma, pois as secagens a 60°C produziram amostras

com maior valor de ε.

Madiouli et al., (2007) comentaram ainda que o método de secagem é um

fator muito importante na avaliação do encolhimento. Krokida e Maroulis (1997) já

haviam confirmado esse fato ao verificar que os alimentos secos por convecção

apresentaram sempre pequena porosidade e grande encolhimento, enquanto que na

liofilização ocorria o inverso.

Na secagem da pimenta, neste trabalho, ocorreu o mesmo fenômeno. As

amostras liofilizadas tiveram encolhimento em torno de 5,6 % e porosidade de 0,91,

enquanto que nas amostras secas por convecção forçada, a redução da espessura

variou entre 82,0 a 93,0 % e as porosidades, entre 0,16 a 0,43. Além do

encolhimento, o método convectivo provocou outras alterações nas amostras. A

Figura 4.10 apresenta o comportamento das placas de pimenta ao longo da

secagem convectiva a 1,5m/s e 50 °C.

a) inicial

b) 1 h

c) 3 h

d) 5 h

Figura 4.10: Deformações de uma amostra durante a secagem convectiva a 1,5 m/s e 50 °C e o

tempo de permanência desta no equipamento.

Resultados e Discussão

A mudança na forma da pimenta, como mostrada na figura, ocorreu em

todas as condições estabelecidas para a secagem convectiva. Durante o processo,

as amostras adquiriram o formato contorcido conforme ilustrado devido à remoção

da umidade e conseqüente diminuição das dimensões internas do material.

Segundo Arrieche e Sartori (2009), durante a secagem de materiais por

convecção forçada, os fenômenos de interação entre o fluido e a amostra podem

causar alterações nos coeficientes de transferência de calor e de massa por

convecção e, conseqüentemente, uma secagem e encolhimento não uniformes, com

uma distribuição interna de tensões que leva a uma alteração também na qualidade

estrutural do produto. Em alguns experimentos observou-se também que as

amostras quebraram. Mayor e Sereno (2004) comentaram que isso se deve as

alterações estruturais durante o processo.

Na liofilização, as amostras não sofreram deformações perceptíveis o que

pode ser atribuído aos mecanismos de remoção de umidade usados nesse tipo de

secagem (baixas temperaturas e vácuo). Outra conseqüência dessas alterações

estruturais pode ser observada no próximo item quanto à qualidade do produto.

4.3 Avaliação da Qualidade do Produto

Vitamina C

Na Tabela 4.10 são apresentados os valores encontrados para o teor de

vitamina C presente nas amostras in natura.

Tabela 4.10: Teor de vitamina C nas amostras in natura em cada experimento.

Experimento

Teor de vitamina C (g/100g b.s)

Liofilização

576,2 ± 21,7

1,5 m/s

576,2 ± 21,7

2,0 m/s

195,7 ± 27,4

2,5 m/s

235,0 ± 19,5

Para cada grupo de experimentos foi utilizado o mesmo lote de pimentas.

Apesar das amostras terem sido obtidas no mesmo ponto comercial, houve grande

diferença na concentração de vitamina C entres os lotes adquiridos. Essa mudança

Resultados e Discussão

no teor de ácido ascórbico de um lote para o outro está relacionada com a época da

colheita, o modo como as pimentas foram transportadas e armazenadas e até das

condições do plantio (RIGHETTO, 2003).

Na literatura, muitos trabalhos apresentam divergências com relação ao

teor de vitamina C de alimentos. Vega-Gálvez et al., (2008), trabalhando com

secagem de pimentões (Capsicum annum L.), encontraram a concentração de

vitamina C de 1,60g/100 g nas amostras in natura em 2008. No ano seguinte, o

mesmo grupo de pesquisadores trabalhou com amostras in natura cuja

concentração foi de 188,2 mg/100 g (VEGA-GÁLVEZ et al., 2009). Essa variação no

teor de ácido ascórbico pode ser alterada até mesmo pela posição do fruto na árvore

(FITTING e MILLER, 1958 apud MARQUES, 2008).

No presente trabalho, a quantificação do ácido ascórbico (AA) foi

verificada nas amostras após o processo de secagem. A metodologia utilizada está

descrita no Capítulo 3 e os resultados para as pimentas secas por convecção são

apresentados na Tabela 4.11.

Verifica-se nessa tabela que o conteúdo de ácido ascórbico diminuiu com

o aumento da temperatura do ar e que a temperatura que causou menor degradação

de AA foi a de 50 °C. Esse fenômeno pode estar relacionado com os processos

oxidativos irreversíveis durante a secagem ocasionados principalmente pelo uso do

ar quente (SIGGE; HANSMANN; JOURBERT, 2001; VEGA-GÁLVEZ et al., 2008).

Na liofilização, o conteúdo de vitamina C retido foi maior (324,5 ± 8,53

g/100 g), o que significou uma perda de 43,7 % com relação à amostra in natura.

Marques (2008) relatou que a redução dessa vitamina na goiaba após a liofilização

Tabela 4.11: Conteúdo de vitamina C nas amostras secas.

1,5 m/s

2,0 m/s

2,5 m/s

T (

mg/100 g

Perda (%)

mg/100 g

Perda (%)

mg/100 g

Perda (%)

80,5

(± 34,29)

86,0

45,6

(±4,23)

76,7

63,4

(±8,95)

73,0

113,1

(± 10,12)

80,0

69,0

(±9,34)

64,74

72,8

(±5,03)

69,0

178,2

(± 6,57)

69,1

73,0

(±12,07)

62,7

82,3

(±9,22)

65,0

Resultados e Discussão

chegou a 37,3 %. Esses resultados, de melhor qualidade do que os da secagem

convectiva podem ser atribuídos ao processo térmico empregado na liofilização,

bem como do baixo teor de umidade residual no fruto liofilizado que dificulta a

ocorrência de reações degradativas do ácido ascórbico (KAREL; NICKERSON, 1964

apud OLIVA, 1995). Segundo Marques, Prado e Freire (2009), apesar da liofilização

produzir um produto final de boa qualidade, deve-se tomar cuidado com o

armazenamento do produto final devido à elevada porosidade prevenindo-se perdas

adicionais de vitamina C.

Propriedade de Reidratação

A razão de reidratação (RR), definida como a relação entre a massa da

amostra reidratada e a massa da amostra seca, foi obtida do valor médio de uma

triplicata e usada na construção de um gráfico de RR em função do tempo para

avaliar a cinética de reidratação. A Figura 4.11 apresenta as curvas de reidratação

da pimenta nas condições estudadas sob a forma de razão de reidratação (RR) em

função do tempo (t).

Em todas as condições mostradas na Figura 4.11 nota-se que há um

rápido aumento de RR no início do processo até atingir um equilíbrio. Essa

tendência foi relatada também na reidratação de frutas tropicais como abacaxi,

mamão, manga e acerola (MARQUES et al., 2009), assim como em cenouras

(AMAMI et al., 2007), tomates e cebola (KROKIDA; MARINOS-KOURIS, 2003).

A reconstituição da massa do produto variou de 78 a 90% com relação à

massa que a amostra possuía antes da secagem. Esse resultado sofreu bastante

influência da temperatura sendo que as amostras que se aproximaram da massa

original (antes da secagem) foram as que secaram a 50 °C.

A dificuldade que as amostras secas tiveram para reabsorver o conteúdo

inicial de umidade é explicada pelos possíveis danos estruturais e celulares

causados pela secagem. Danos esses que podem diminuir a quantidade de espaços

intercelulares ocupáveis pela água como comentam Krokida e Marinos-Kouris (2003)

e Vega-Gálvez et al., (2008) já que o processo de secagem pode provocar danos às

estruturas celulares e a retração do material diminuindo a capacidade de

reidratação.

Resultados e Discussão

a) 1,5 m/s b) 2,0 m/s

c) 2,5 m/s

Figura 4.11: Razão de reidratação em função do tempo para as amostras secas nas velocidades de

a) 1,5m/s; b) 2,0 m/s e c) 2,5m/s parametrizadas na temperatura do ar.

As Tabelas 4.12, 4.13 e 4.14 apresentam os resultados obtidos a partir

dos ajustes dos dados da cinética de reidratação feitos com as equações

Exponencial (2.11), Peleg (2.12) e Weibull (2.13), assim como dos critérios

estatísticos usados para escolher a melhor equação.

Os dados obtidos da cinética de reidratação das amostras secas a 50°C

foram bem representados pelas três equações conforme análise dos critérios

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0 200 400 600 800

t(min)

70°C

60°C

50°C

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0 200 400 600 800

t(min)

70°C

60°C

50°C

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0 200 400 600 800

t(min)

70°C

60°C

50°C

Resultados e Discussão

estatísticos utilizados. Os valores do coeficiente de correlação variaram entre 0,990

e 0,998, os de SQR entre 0,012 a 0,065 e os de EMQ entre 0,111 a 0,254.

A três equações testadas mostraram-se adequada para representar a

reidratação das amostras secas por ter apresentado valores de R

próximos a

unidade e SQR e EMQ elevados. Como a equação de Weibull apresenta parâmetros

físicos interessantes ao entendimento do processo de reidratação, tem-se a seguir

uma análise dos resultados encontrados.

Tabela 4.12: Parâmetros da equação Exponencial e critérios estatísticos.

Parâmetros da equação

Critérios estatísticos

v (m/s)

(-)

(min

-1

)

SQR

EMQ

1,5

8,128

0,013

0,991

0,065

0,254

7,451

0,013

0,974

0,149

0,385

6,155

0,035

0,985

0,044

0,209

2,0

9,030

0,012

0,996

0,032

0,179

8,074

0,008

0,985

0,095

0,308

5,765

0,029

0,981

0,045

0,212

2,5

6,202

0,024

0,996

0,013

0,112

7,189

0,011

0,984

0,087

0,295

5,699

0,024

0,990

0,027

0,165

Tabela 4.13: Parâmetros da equação de Peleg e critérios estatísticos.

Parâmetros da equação

Critérios estatísticos

v (m/s)

(-)

(min)

(-)

SQR

EMQ

1,5

9,459

8,846

0,121

0,996

0,033

0,182

8,782

11,091

0,136

0,994

0,034

0,185

6,726

3,871

0,173

0,998

0,005

0,071

2,0

10,415

0,107

8,182

0,992

0,064

0,254

10,278

18,020

0,112

0,996

0,028

0,168

6,413

5,453

0,186

0,992

0,018

0,135

2,5

7,104

5,699

0,161

0,990

0,034

0,183

8,541

12,803

0,139

0,995

0,026

0,163

6,444

6,358

0,180

0,995

0,014

0,116

Resultados e Discussão

Tabela 4.14: Parâmetros da equação de Weibull e critérios estatísticos.

Parâmetros da equação

Critérios estatísticos

v(m/s)

(-)

α(-)

β (min)

SQR

EMQ

1,5

8,461

0,786

87,850

0,997

0,025

0,157

8,502

0,624

123,750

0,996

0,021

0,144

6,383

0,771

34,416

0,998

0,006

0,078

2,0

9,151

0,908

88,114

0,997

0,020

0,143

9,516

0,704

213,541

0,995

0,033

0,181

5,951

0,778

40,442

0,992

0,018

0,135

2,5

6,217

0,982

41,675

0,996

0,012

0,111

7,864

0,696

118,154

0,996

0,023

0,150

5,825

0,859

46,659

0,993

0,018

0,135

O menor valor de α foi encontrado para as temperaturas de 60°C nas três

velocidades usadas. Conforme visto na revisão bibliográfica, quanto menor o valor

desse parâmetro maior a taxa de reidratação no período inicial. Isso pode ser

visualizado na Figura 4.10-c, pois é a que apresenta a maior diferença com relação

a esse parâmetro.

Os maiores valores de β foram obtidos na temperatura de 70°C exceto na

velocidade de 2,5m/s. O inverso desse parâmetro pode ser comparado com o

coeficiente de difusão. Então, quanto menor seu valor, mais rapidamente a amostra

irá absorver a água. Esse fato pode ser visualizado nas Figuras 4.10-a e 4.10-b

onde nota-se que as amostras que foram secas nas outras temperaturas

apresentaram maior dificuldade em se reidratar ao longo do processo. A amostra

seca a 70°C rapidamente atingiu o ponto de estabilização.

Os valores da razão de reidratação (RR

) da equação de Weibull foram

maiores para as amostras secas a 60°C, seguidos de 50°C e 70°C. Conforme

verificado no item Propriedades estruturais, as propriedades físicas variaram

bastante durante o processo de secagem. A justificativa dos altos valores de RR

para 60°C pode estar no fato de que suas porosidades foram as maiores. Dessa

forma, enquanto as outras amostras já estão com as suas reidratações

estabilizadas, a obtida com 60°C ainda possui poros não completamente

preenchidos. O aumento de RR

com o aumento da porosidade foi relatado pelos

Resultados e Discussão

seguints pesquisadores (MARQUES, PRADO; FREIRE, 2009; MCMINN; MAGEE,

1997; KROKIDA; MARINOS-KOURIS, 2003) entre outros.

No entanto, o parâmetro RR

não fornece nenhuma informação a respeito

da capacidade da matriz em absorver água com relação a quantidade de água

perdida durante a secagem. Logo não deve ser usado sozinho para explicar as

características de reidratação apresentadas pelas amostras em estudo.

Análise das propriedades de reidratação

A Tabela 4.15 apresenta os valores médios dos índices utilizados para

avaliar a capacidade de reidratação da pimenta Capsicum baccatum. Esses índices

foram propostos por Lewick (1998) e levam em conta não só o ganho de água, mas

também a perda de sólidos solúveis como vitaminas e sais.

Tabela 4.15: Índices de reidratação das amostras secas de pimenta.

v(m/s)

CAA

CRS

1,5

0,920

0,371

0,356

0,859

0,373

0,320

0,877

0,098

0,086

2,0

0,822

0,244

0,201

0,846

0,527

0,446

0,852

0,155

0,132

2,5

0,877

0,169

0,148

0,804

0,614

0,494

0,918

0,155

0,142

Liofilizada

0,825

0,625

0,516

O índice CAA dessa tabela mostra que todas as amostras restauraram

mais do que 80% da quantidade de água perdida. Apesar da liofilização proteger a

estrutura do material com o mínimo de colapso durante o processo, não obteve

resultado superior às amostras secas por convecção.

As amostras secas a 60

C tiveram os piores resultados dentre as

amostras secas por convecção no conjunto de dados de 1,5 e 2,5 m/s. Tais

resultados não eram esperados já que foram as amostras que adquiriram maior

porosidade após a secagem. No entanto, como já comentado, as amostras obtidas

de secagem convencional apresentaram uma camada externa que, segundo

Resultados e Discussão

Karathanos e Belessiotis (1999), dificultam a transferência de massa e,

conseqüentemente, a perda de sólidos solúveis. Dessa forma, pode-se afirmar que o

bom resultado apresentado de CRS para as amostras secas a 60°C está atrelado a

dificuldade na transferência de massa ao longo do processo. Ou seja, a resistência à

transferência de massa dificultou a absorção de água, no entanto, proporcionou um

produto que manteve grande parte de suas características nutricionais mesmo após

a reidratação, pois diminuiu o processo de lixiviação.

Ao multiplicar os dois índices (CAA e CRS), obtendo-se os efeitos

combinados dos processos de secagem e de reidratação sobre a qualidade do

produto, verifica-se que as amostras secas por convecção a 60

C apresentaram

bons resultados para as duas velocidades (2,0m/s e 2,5m/s). Tal resultado mostra

que a baixa lixiviação, quantificada pelo índice CRS, tem influência significativa

sobre a capacidade de reidratação (CR) das amostras secas.

As amostras liofilizadas apresentaram os melhores resultados nesse

quesito, confirmando que o processo de liofilização gera um material com grande

capacidade de reconstituir a água perdida durante a secagem e reter seus nutrientes

durante a reidratação (MARQUES; PRADO; FREIRE, 2009; CHAVES, 2009). Ainda

quanto aos resultados obtidos da liofilização, estes se apresentaram semelhantes ao

encontrado por Chaves (2009) que obteve para os índices CAA, CRS e CR,

respectivamente 0,835; 0,493 e 0,412.

Germinação

Dentre as principais características classificadas como atributos de

qualidade das sementes, como teor de umidade próprio para o armazenamento e

comercialização, o poder germinativo pode ser relacionado com a redução da

umidade. Diante disso, foram conduzidos experimentos para a busca de informação

sobre o desenvolvimento de uma nova plântula a partir de sementes provenientes do

processamento da pimenta em secador convectivo.

Os primeiros testes de germinação, conduzidos com as sementes in

natura e com as que foram processadas, mostraram a necessidade de tratamentos

para quebrar a dormência. O fornecimento de luz por períodos de 8h foi eficiente e,

pela praticidade, foi o método escolhido nos demais testes (EMBRAPA, 2009;

BRASIL, 2009).

Resultados e Discussão

Na Tabela 4.16 estão reunidos os resultados obtidos pelo método direto

de observação da germinação das sementes de pimenta in natura e das que foram

submetidas à secagem convectiva em três temperaturas.

Tabela 4.16 Resultados do teste de Germinação.

Sementes

Germinação %

in natura

98,0

66,0

50ºC

46,0

70ºC

5,0

Observa-se nessa tabela que a germinação foi prejudicada pelo aumento

da temperatura tendo como melhor resultado no TPG as sementes provenientes da

secagem a 40°C. A temperatura de 70°C praticamente eliminou a capacidade

germinativa das amostras. Segundo Embrapa (2009), a secagem das sementes de

Capsicum baccatum, deve ser feita a 38°C por até 48 horas. Ultrapassar esses

parâmetros significa comprometer o sistema de membranas das células

embrionárias. No entanto, esta recomendação refere-se às sementes extraídas do

fruto. No trabalho atual, elas permaneceram intactas dentro da pimenta. Ou seja,

envolvidas pela proteção natural (epicarpo) durante todo o processo.

Dessa forma, os processos envolvidos na transferência de massa das

sementes para a superfície foram dificultados. Isso foi verificado visualmente no

momento da extração das sementes, pois as mesmas apresentavam-se “molhadas”

mesmo após o longo período de secagem (3 a 5 dias). Assim, no interior da pimenta

formou-se um ambiente propício para a degradação enzimática e conseqüente

apodrecimento do embrião devido ao excesso de umidade aliado a temperatura do

processo (HARRINGTON, 1972).

Não foram encontrados dados referentes ao índice de germinação das

sementes de Capsicum baccatum var. Pendulum. Tampouco existem estudos para

avaliar a germinação de sementes oriundas da secagem dos frutos do gênero

Capsicum. A sementes de pimenta do reino (Pipper nigrum L.) apresentaram

germinação de 56% (GARCIA et al., 2000) e as de pimentão (Capsicum annum L.),

variou de 52 a 90% (VIDIGAL et al., 2009). Com relação a secagem de sementes

dentro dos frutos, tem-se trabalhos referentes ao quiabo (Abelmoschus esculentus L.

Resultados e Discussão

Moench) em que suas sementes dentro dos frutos apresentaram índice de

germinação de 96,5% contra 91,5% para as que foram secas fora dos frutos

(SETUBAL; ZANIN; NAKAGAWA, 1996).

Diante disso pode-se afirmar que o índice de germinação das sementes

obtidas do processamento a 40

C foram bons. Para a confirmação desse

julgamento, fazem-se necessários outros tipos de avaliações presentes nas regras

de análises de sementes como índice de fissura, vigor e emergência dentre outros

que visam uma análise completa da qualidade das sementes.

CAPÍTULO 5

CONCLUSÕES E SUGESTÕES

5.1 Conclusões

A partir da análise dos resultados obtidos sobre a secagem da pimenta têm-

se, para as condições operacionais utilizadas, as conclusões que estão descritas a

seguir.

As curvas de secagem apresentaram somente o período de taxa

decrescente que foi confirmado pelas curvas de taxa de secagem em função da

umidade, verificando-se assim que a temperatura da secagem foi o parâmetro que

definiu a taxa de secagem da pimenta. Assim, a difusão interna foi a etapa

controladora do processo de secagem da pimenta.

A partir da discriminação das principais equações de secagem, verificou-se

que as equações de LEWIS (2.1), PAGE (2.2) e BROOKER (2.3) representaram os

dados de cinética de forma satisfatória. Nesse caso a equação indicada é a (2.1)

pelo bom ajuste e por possuir apenas um parâmetro.

As propriedades físicas estruturais tiveram concordância com o que se

encontra na literatura com relação à secagem de alimentos, sendo que a densidade

aparente e a real aproximaram-se da densidade do produto totalmente seco à

medida que perdiam umidade. Na obtenção dos dados de porosidade verificou-se

também uma relação direta com a perda de umidade.

Com relação ao conteúdo nutricional, verificado pela quantificação do ácido

ascórbico, as amostras processadas em secador convectivo tiveram valores

inferiores às secas em liofilizador. Já na comparação dentro do mesmo método de

secagem, quanto menor a temperatura a ser utilizada menor a degradação dos

nutrientes como a vitamina C.

Baseado nos critérios estatísticos verificou-se que as três equações

utilizadas no ajuste dos dados de cinética de reidratação foram adequadas para as

condições usadas no presente trabalho. As amostras que apresentaram maior taxa

de reidratação e RR

foram as processadas a 60°C devido a porosidade obtida após

o processo de secagem que variou entre 0,33 e 0,43.

Conclusões

Os índices, que levam em conta a perda de solutos e o ganho de água

absorvida em relação a que foi perdida durante a secagem, contribuíram para um

melhor entendimento do processo de reidratação. A partir dos índices de reidratação

verificou-se que as amostras secas na temperatura de 60

C apresentaram menor

capacidade de absorção de água, mas elevada capacidade de reter seus nutrientes.

Apesar de não poder ser quantificado ou mensurado, a formação de uma camada

externa impermeabilizante (comum na secagem convencional) pode ter influenciado

nos valores encontrados nesses índices.

Em geral, as amostras liofilizadas apresentaram-se com qualidade superior

às amostras processadas no secador convectivo. O processo de liofilização forneceu

produtos com alta porosidade e ótimas características como retenção dos nutrientes.

Os resultados dos testes de germinação mostraram que o aumento da

temperatura do ar de secagem prejudicou o desenvolvimento de plântulas a partir

das sementes provenientes das pimentas processadas. O melhor resultado foi

obtido com a temperatura de 40º C ficando com índice de germinação próximo ao

relatado na literatura para espécies semelhantes.

O estudo realizado possibilitou a caracterização da pimenta dedo-de-moça,

quanto ao seu comportamento durante a secagem e reidratação. Permitiu comparar

duas técnicas de secagem bastante diferentes em termos tecnológicos para analisar

a secagem da pimenta sob os aspectos qualitativos. Também foi possível

compreender melhor as características fisiológicas das sementes de Capsicum

baccatum var. Pendulum frente ao processo de secagem a convecção forçada, bem

como verificar se as mesmas poderiam ser usadas como subproduto da secagem da

pimenta. Assim, esse estudo contribuiu para o melhoramento da qualidade do

processamento da pimenta dedo-de-moça e o uso de suas sementes que, por

ventura, seriam descartadas.

Sugestões

5.2 Sugestões

Algumas sugestões para trabalhos futuros sobre a secagem de pimenta

dedo-de-moça são descritas a seguir:

 estudar a secagem da pimenta em outros secadores como leito rotativo e leito

fluidizado;

 determinar o teor de vitamina C e carotenóides por meio de cromatografia

líquida de alta eficiência (CLAE);

 estudar a cinética de degradação do ácido ascórbico;

 estudar a temperatura de transição vítrea (Tg) para verificar a influência desta

propriedade no comportamento do material durante a secagem e reidratação;

 determinar o calor específico, condutividade térmica e difusividade térmica em

função do teor de umidade na secagem;

 avaliar o uso de pré-tratamentos na qualidade da secagem, como o

branqueamento ou o uso de substâncias químicas, tal como o oleato de etila que

removam parte da proteção externa da pimenta;

 verificar a influência da desidratação osmótica na secagem da pimenta,

utilizando diferentes agentes osmóticos como sacarose, cloreto de sódio ou glicerol;

 utilizar outros fluidos para a reidratação como álcool comercial ou vinagre;

 estudar o efeito da temperatura da água durante o processo de reidratação;

 avaliar a qualidade fisiológica das sementes com relação ao vigor,

emergência, fissura e envelhecimento;

 verificar a influência do estádio de maturação (verde ou vermelho) dos frutos

de pimenta na qualidade de germinação de suas sementes;

 analisar outros tipos de substratos no teste de germinação e

 utilizar outros critérios estatísticos para avaliar o melhor modelo na

determinação da cinética de secagem.

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