isotermas de adsorção de umidade do umbu-cajá em pó

Revista Educação Agrícola Superior
Associação Brasileira de Educação Agrícola Superior - ABEAS - v.30, n.1, p.33-36, 2015.
ISSN - 0101-756X - DOI: http://dx.doi.org/10.12722/0101-756X.v30n01a07
ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DE UMIDADE
DO UMBU-CAJÁ EM PÓ
Ranilda N. G. Silva1, Rossana M. F. Figueirêdo1, Alexandre J. M. Queiroz1 & Regilane M. Feitosa2
RESUMO
A boa aceitação de produtos alimentícios em pó vêm contribuindo cada vez mais para a introdução de novos produtos elaborados
a partir de frutas. Este tipo de produto tem longa vida útil e permite aos consumidores um preparo prático, rápido e seguro.
As isotermas de sorção de umidade exercem particular importância desde o processamento até o armazenamento de produtos
processados. Este trabalho teve como objetivo determinar as isotermas de adsorção de umidade do umbu-cajá em pó, por meio
do método gravimétrico estático com soluções saturadas de sais, em diferentes temperaturas (25, 30 e 35 ºC). Os modelos de
GAB, Lang-Steinberg-Smith e Peleg foram ajustados aos dados experimentais das isotermas de adsorção de umidade. Dentre
os modelos testados o de Peleg resultou nos melhores ajustes aos dados experimentais, com coeficientes de determinação (R2)
superiores a 0,90 em todas as temperaturas podendo representar satisfatoriamente as isotermas de adsorção de umidade do umbucajá em pó. As isotermas do umbu-cajá em pó foram classificadas como Tipo II.
PALAVRAS-CHAVE: Spondias, atividade de água, modelagem matemática, higroscopicidade
MOISTURE ADSORPTION ISOTHERMS
OF UMBU-CAJÁ POWDER
ABSTRACT
The good acceptance of food powders have contributed increasingly to the introduction of new products made from fruit.
This type of product has a long shelf life and allows consumers a practical training, quickly and safely. The moisture sorption
isotherms exercise particular importance from processing to storage of processed products. This study aimed to determine the
moisture adsorption isotherms of the umbu-cajá powder through the static gravimetric method with saturated salt solutions at
different temperatures (25, 30 and 35 °C). The GAB, Lang-Steinberg-Smith and Peleg models were adjusted to the experimental
data of the moisture adsorption isotherms. Among the models tested the Peleg resulted in better fits to the experimental data, with
coefficients of determination (R2) higher than 0.90 in all temperatures and can satisfactorily represent the moisture adsorption
isotherms of the umbu-cajá powder. The isotherms of umbu-cajá powder were classified as type II.
KEY WORDS: Spondias, water activity, mathematical modeling, hygroscopicity
1
2
Unidade Acadêmica de Engenharia Agrícola/ Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande - PB. E-mail: [email protected],
[email protected], [email protected]
Pós-Doutorado em Engenharia de Processos/ Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande - PB. E-mail: [email protected]
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Ranilda N. G. Silva et al.
INTRODUÇÃO
A secagem é utilizada como método de conservação
impedindo a deterioração e perdas do valor comercial. O
método de secagem em camada de espuma, geralmente, resulta
em um pó de qualidade oferecendo grandes possibilidades
comerciais, beneficiando-se ainda das características positivas
associadas ao baixo custo e simplicidade do processo.
Nos últimos anos houve uma demanda maior por parte
dos consumidores por alimentos de rápido preparo e pós de
frutas elaborados a partir da secagem em camada de espuma
pode ser uma alternativa, a qual vem ganhando espaço nas
investigações científicas.
Um dos fatores que mais influencia a qualidade de pós de
frutas é a atividade de água, a qual é de fundamental importância
para a conservação e armazenamento de um alimento, em razão
de influenciar diretamente nas características dos alimentos e
na sua estabilidade.
Por meio da atividade de água pode-se estudar o
comportamento higroscópico de novos produtos, mediante o
conhecimento e entendimento das isotermas de adsorção de
umidade. A determinação das isotermas de sorção de umidade
constitui-se fator essencial nos projetos e estudos de sistemas
de secagem, manuseio, processamento, armazenagem,
embalagem e predição da vida útil de produtos alimentícios
(Lima et al., 2008).
A isoterma é uma relação de equilíbrio que vincula o teor de
umidade de um produto com a umidade relativa do ar circundante
e a temperatura, sendo essencial para o processamento de
produtos, dimensionamento dos equipamentos de secagem e
transporte e projetos de embalagens (Costa et al., 2015). Os
estudos da higroscopicidade alinhada a processos de secagem
e armazenamento são de grande importância para garantir a
qualidade dos produtos (Oliveira et al., 2014).
O comportamento higroscópico de diversos produtos
são descritos por modelos matemáticos empíricos, uma vez
que nenhum modelo teórico desenvolvido tem sido capaz de
predizer com precisão o teor de água de equilíbrio para uma
ampla faixa de temperatura e umidade relativa do ar (Resende
et al., 2006).
Como produtos em pó tem um mercado atraente de
consumidores e apresenta fácil preparo e maior vida útil,
este trabalho teve como objetivo determinar as isotermas
de adsorção de umidade do umbu-cajá em pó, por meio do
método gravimétrico estático com soluções saturadas de sais,
em diferentes temperaturas (25, 30 e 35 ºC).
MATERIAL E MÉTODOS
O umbu-cajá em pó foi obtido pelo processo de secagem
em camada de espuma (foam mat drying), na temperatura de
70 oC, adicionando-se à polpa antes da secagem os aditivos
Emustab e Super Liga Neutra.
As isotermas de adsorção de umidade foram determinadas
empregando-se o método gravimétrico estático com soluções
saturadas de sais (NaOH, MgCl2, K2CO3, NaBr, KI, NaNO3,
NaCl, (NH4)2SO4, KCl, K2CrO4) nas temperaturas de 25,
30 e 35 oC. As amostras em triplicata, foram colocadas em
recipientes de vidros herméticos contendo soluções saturadas
de sais, onde permaneceram nesses ambientes até atingirem o
equilíbrio higroscópico.
O teor de umidade de equilíbrio em base seca (% b.s.) foi
calculado com base na diferença entre a massa da amostra no
equilíbrio e a massa seca (Eq. 1).
=
Xe
m água
msec a
× 100
(1)
em que:
Xe - teor de umidade de equilíbrio em base seca (% b.s.)
mágua - massa de água adsorvida pela amostra (g)
mseca - massa seca da amostra (g)
Logo após o equilíbrio das amostras, as curvas da atividade
de água em função da umidade de equilíbrio foram graficadas
e os modelos de GAB (Eq. 2), Lang-Steinberg-Smith (Eq.
3) e Peleg (Eq. 4) foram ajustados aos dados experimentais
utilizando-se o programa computacional Statistica através de
regressão não-linear estimada pelo método Quasi-Newton.
Xe =
x m Cka w
(1 − ka w )(1 − ka w + Cka w )
Xe =
C1 − B1 ln (1 − a w )
=
X e K1 ( a w ) 1 + K 2 ( a w )
n
(2)
(3)
n2
(4)
em que:
aw - atividade de água (adimensional)
Xe - umidade de equilibrio (% base seca)
Xm - umidade na monocamada molecular
C e K - parâmetros que dependem da temperatura e da
natureza do produto
C1, B1, K1, K2, n1 e n2 - constantes dos modelos
Os critérios usados para determinação do melhor ajuste
dos modelos aos dados experimentais foram: o coeficiente de
determinação (R2) e o desvio percentual médio (P), calculado
pela Equação 5.
P=
(
100 n X e( exp ) − X e( teor )
∑
n i =1
X e( exp )
)
em que:
P - desvio percentual médio (%)
Xe (exp) - umidade de equilíbrio experimental
Xe (teor) - umidade de equilíbrio predito pelo modelo
n - número de dados experimentais.
Revista Educação Agrícola Superior - v.30, n.1, p.33-36, 2015.
Mês efetivo de circulação deste número: Dezembro/2015.
(5)
Isotermas de adsorção de umidade do umbu-cajá em pó
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 tem-se os valores dos parâmetros dos modelos
de GAB, Lang-Steinberg-Smith e Peleg ajustados aos dados
experimentais das isotermas de adsorção de umidade do umbucajá em pó, nas temperaturas de 25, 30 e 35 oC, os coeficientes
de determinação (R2) e os desvios percentuais médios (P).
Observa-se que o modelo que melhor se ajustou aos dados
experimentais das isotermas de adsorção de umidade do umbucajá em pó foi o de Peleg, apresentando os maiores coeficientes
de determinação (R2 > 0,90) e os menores desvios percentuais
médios (P < 12%), em razão de que quanto menor o P e maior
o R2 maior a precisão do modelo. Este desempenho também foi
verificado por Sinija & Mishra (2008) ao ajustarem o modelo de
Peleg as isotermas de adsorção de umidade, nas temperaturas
de 20, 30, 40 e 50 oC, do chá verde em pó liofilizado com
valores de R2 acima de 0,99.
O modelo de GAB apresentou valores dos coeficientes de
determinação maiores que 0,86 e os desvios percentuais médios
menores que 16%. Moreira et al. (2013) ao determinarem as
isotermas da manga em pó obtida por liofilização encontraram
valores de R2 entre 0,9986 a 0,9993 para as temperaturas de
25, 30 e 35 oC.
Observa-se que com o aumento da temperatura das
isotermas houve uma tendencia de redução nos valores da
umidade na monocamada molecular (Xm). Diosady et al. (1996)
relataram que a umidade na monocamada molecular decresce
com o aumento da temperatura, em razão de que como as
moléculas absorvidas ganham energia cinética, fazem com que
o Xm decresça com o aumento da temperatura. Feitosa et al.
(2013) também verificaram que com o aumento da temperatura
das isotermas, o teor de umidade na monocamada molecular
do modelo de GAB diminuiu.
Observa-se também que dentre os valores obtidos a
temperatura de 30 oC se destaca apresentando o menor valor
de Xm (20,32%). Para Goula et al. (2008) o teor de umidade
na monocamada é aquele que proporciona maior estabilidade
e perdas mínimas de qualidade do alimento. Valores inferiores
para a umidade na monocamada (Xm) foram relatados por
Bezerra et al. (2011) ao estudarem os pós de manga das
variedades Rosa e Tommy Atkins, submetidas à desidratação
em estufa a vácuo (61 ± 2 °C por 18 horas), que obtiveram
valores de Xm de 10,59 e 10,24%, respectivamente.
35
Observa-se que o parâmetro K do modelo de GAB
apresentou valores variando ente 0,71 e 0,77, estando dentro
da faixa citada por Rahman (1995). Syamaladevi et al. (2009)
afirmaram que os valores de K geralmente variam entre 0,7 e 1
para materiais alimentícios. Timmermann (2003) afirmou que
valores maiores que 1 são fisicamente inadequados indicando
uma sorção infinita.
As isotermas do umbu-cajá em pó foram classificadas como
Tipo II, de acordo com a classificação de Blahovec (2004)
em razão de terem apresentado valores de 0 < K ≤ 1 e C > 2.
Mosquera et al. (2012) classificaram de acordo com Brunauer
como tipo II o morango em pó, obtido por liofilização com e
sem maltodextrina e goma arábica. Para Aguirre-Cruz et al.
(2010) as isotermas de farinhas de bananas, na temperatura
de 30 oC, apresentaram forma sigmoidal, tipo II de acordo
com a classificação BET. Melo et al. (2011) avaliando o
comportamento higroscópico, a 25 oC, da casca, polpa e da
parte fibrosa do buriti, obtiveram isotermas de adsorção de
umidade do tipo II.
O modelo de Lang-Steinberg-Smith foi o que apresentou
os menores valores de R2 e os maiores valores de P em relação
aos demais modelos testados. Não se recomenda este modelo
para estimar as isotermas de adsorção de umidade do umbucajá em pó na temperatura de 25 oC por ter apresentado R2 <
0,80 e P > 20%.
Observa-se que os parâmetros k1 e n1 do modelo de Peleg
aumentaram com o aumento da temperatura aplicada, e
comportamento inverso foi verificado para a constante k2.
Na Figura 1 são apresentadas as isotermas de adsorção de
umidade do umbu-cajá em pó, nas temperaturas de 25, 30 e 35
o
C, com o modelo de Peleg ajustado aos dados experimentais.
Em todas as temperaturas, verifica-se que com o aumento do
teor de umidade de equilíbrio houve aumento da atividade de
água, demonstrando a influência do ambiente sobre a umidade
das amostras.
Observa-se que as isotermas apresentam intercruzamentos
entre as temperaturas. Inicialmente verifica-se que na faixa de
atividade de agua entre 0,2 a 0,5 a curva a 30 oC apresentou
as maiores umidades de equilibrio e para aw > 0,5 as menores
umidades de equilibrio. Comportamento semelhante foi
observado por Moreira et al. (2013) e Goula et al. (2008)
que afirmaram que tal comportamento ocorre nas isotemas
Tabela 1. Parâmetros dos modelos ajustados às isotermas de adsorção de umidade do umbu-cajá em pó
Revista Educação Agrícola Superior - v.30, n.1, p.33-36, 2015.
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Ranilda N. G. Silva et al.
Figura 1. Isotermas de adsorção de umidade do umbu-cajá
em pó com ajustes pelo modelo de Peleg
de sorção de alimentos ricos em açúcares cristalinos, como
glicose.
CONCLUSÕES
1. O modelo de Peleg resultou nos melhores ajustes aos
dados experimentais;
2. As isotermas foram classificadas como Tipo II;
3. O teor de umidade na monocamada que favorece maior
estabilidade e perdas mínimas de qualidade do pó foi de
20,32%, na temperatura de 30 oC.
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