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ISSN:1517-8595
volume 7, número 1, janeiro - junho, 2005
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Tecnologia e Recursos Naturais
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais
Brazilian Journal Agro-industrial Products
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
Reitor: Thompson Fernandes Mariz
Vice-Reitor: José Edilson de Amorim
ISSN 1517-8595 Campina Grande, PB v.7, n.1, p.1-100, 2005
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
Pró-Reitor: Michel François Fossy
EDITOR
Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata
CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS
Diretor: João Batista Queiroz de Carvalho
EDITOR ASSISTENTE
Maria Elita Martins Duarte
CORPO EDITORIAL
Alexandre José de Melo Queiroz - DEAg/UFCG/Paraíba
Carlos Alberto Gasparetto - FEA/UNICAMP/São Paulo
Evandro de Castro Melo - DEA/UFV/Minas Gerais
Francisco de Assis Santos e Silva - DEAg/UFCG/Paraíba
José Helvécio Martins - DEA/UFV/Minas Gerais
Jose Manuel Pita Villamil - DB/UPM/Espanha
Josivanda Palmeira G. de Gouveia - DEAg/UFCG/Paraíba
Leda Rita D'antonino Faroni - DEA/UFV/Minas Gerais
Francisco de Assis Cardoso Almeida - DEAg/UFCG/Paraíba
INFORMAÇÕES GERAIS
A Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais é publicada
semestralmente, podendo editar números especiais caso exista
essa necessidade. A Revista tem por objetivo divulgar trabalhos
técnicos científicos, técnicos, notas prévias e textos didáticos,
originais e inéditos, escritos em português, espanhol e inglês, nas
áreas do conhecimento em: Propriedades Físicas dos Materiais
Biológicos; Armazenamento e Secagem de Produtos Agrícolas;
Automação e Controle de Processos Agroindustriais;
Processamento de Produtos Agropecuários; Embalagens;
Qualidade e Higienização de Alimentos; Refrigeração e
Congelamento de Produtos Agrícolas e Processados, além do
Desenvolvimento de Novos Equipamentos e de Produtos
Alimentícios. Os artigos publicados na Revista estão indexados
no AGRIS AGROBASE e no CAB ABSTRACT.
INFORMACIONES GENERALES
Lincoln de Camargo Neves Filho - FEA/UNICAMP/São Paulo
Odilon Reny Ribeiro Ferreira da Silva - EMBRAPA/Paraíba
Rogério dos Santos Serôdio - CEPLAC/Bahia
Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo
Sandra Maria Couto - DEA/UFV/Minas Gerais
Satoshi Tobinaga - FEA/UNICAMP/São Paulo
Silvio Luis Honório - FEAGRI/UNICAMP/São Paulo
Tetuo Hara - CENTREINAR/Minas Gerais
Vicente de Paula Queiroga - EMBRAPA/Paraíba
Vivaldo Silveira Junior - FEA/UNICAMP/São Paulo
REVISÃO DE TEXTOS
Português: Marli de Lima Assis
José Salgado de Assis
Inglês: Ápio Cláudio de Lima Assis
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Renato Fonseca Aragão
Os assuntos, dados e conceitos emitidos por esta Revista, são da
exclusiva responsabilidade dos respectivos autores. A eventual
citação de produtos marcas comerciais não significa
recomendação de utilização por parte da Revista.
REVISTA BRASILEIRA DE PRODUTOS AGROINDUSTRIAIS
PUBLICAÇÃO SEMESTRAL
Av Aprígio Veloso, 882 - Caixa Postal 10.087
La Revista Brasileña de Productos Agroindustriales tiene una
edición semestral, pudiendo editar números especiales caso exista
esta necesidad. La Revista tiene por objetivo hacer una divulgación
de los trabajos científicos, técnicos, notas previas y textos
didácticos, originales e inéditos, escritos en portugués, español o
ingles, en las áreas de conocimiento en: Propiedades Físicas de los
Materiales Biológicos; Almacenamiento y Secado de Productos
Agrícolas; Automación y Control de los Procesos
Agroindustriales; Procesamiento de los Productos Agro-pecuarios;
Embalajes; Calidad y Higienización de los Alimentos;
Refrigeración y Congelamiento de los Productos Agrícolas y
Procesados, así como también el Desarrollo de nuevos Equipos y
de nuevos Productos Alimentares. Los artículos publicados en la
Revista están indexados en AGRIS AGROBASE y en el CAB
ABSTRACT.
GENERAL INFORMATION
The Brazilian Journal of Agro-industrial Products will have a has
a semestral edition, but it can have special numbers if this is
necessary. The purpose of the Journal is to spread Scientific and
technical works, previous notes and didactic, original and
unpublished works, written in Portuguese, Spanish and English
about Physical Proprieties of Biological Materials; Storage and
Drying of Agricultural Products; Automation and Control of
Agro-industrial Processes; Processing of Vegetal and Animal
Products; Packing; Quality and Healthily of Foods;
Refrigeration and Freezing of Agricultural Products already
processed besides the Development of New Equipment
FICHA CATALOGRÁFICA
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais/ Brazilian Journal
Agro-Insustrial Products v.7, n.1, (2005). Campina Grande:
Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Ciências e
Tecnologia, 2005.
Campina Grande, Volume 7, Número 1, Janeiro-Junho, 2005.
Semestral
ISSN 1517-8595
ISSN 1517-8595
Tiragem 500 exemplares.
CAPA: palma forrageira, flor da palma
Site da RBPA http://www.deag.ufcg.edu.br/rbpa.
1. Engenharia Agroindustrial-Períodicos. 2. Agroindústria. 3. Produtos
Agroindustriais. 4. Engenharia de Alimentos. 5. Engenharia Agrícola.
CDD 631.116
ISSN 1517-8595
Volume 7, Número 1, Janeiro-Junho, 2005
SUMÁRIO/ CONTENTS
Artigos Científicos
Página
PRODUÇÃO E ESTUDO DO POTENCIAL DE HIDRÓLISE DE UMA NOVA FONTE DE ENZIMAS
AMILOLÍTCAS A PARTIR DO MALTE DE MILHO (Zea mays) (Production and study of the hydrolyse power of a
new amylases source by maize (Zea mays) malt)
Alex Ferreira Evangelista, Joana Paula Menezes Biazus, José Carlos Curvelo Santana, Elizabete Jordão, Roberto
Rodrigues de Souza ......................................................................................................................................................................
1
FORMA, TAMANHO E CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.) DURANTE A SECAGEM
(Form, size and shrinkage of edible bean (Phaseolus vulgaris L.) during drying)
Osvaldo Resende, Paulo César Corrêa , André Luís Duarte Goneli, Paulo Roberto Cecon .....................................................
15
APLICAÇÃO DO PLANEJAMENTO FATORIAL PARA OTIMIZAÇÃO DO ESTUDO DA PRODUÇÃO DE
FERMENTADO DO FRUTO DA PALMA FORRAGEIRA (Application of factorial design for optimization of the wine
production of the prickly pear cactus fruit)
Roseany de Vasconcelos Vieira Lopes, Aleksandra Silva Rocha, Flávio Luiz Honorato da Silva, Josivanda Palmeira Gomes
de Gouveia ...................................................................................................................................................................................
25
UTILIZAÇÃO DE MEMBRANAS PLANAS NA CONCENTRAÇÃO DE ENZIMAS BROMELINAS DA POLPA DE
ABACAXI (Ananas comosos L. ) (Utilizing of plain membrane in bromelian enzymes concentration from pineapple
(Ananas comosos) pulp)
Francisco Luiz Gumes Lopes, João Baptista Severo Júnior, José Carlos Curvelo Santana1, Roberto Rodrigues de Souza,
Elias Basile Tambourgi ...............................................................................................................................................................
33
OBTENÇÃO E MODELAGEM DAS ISOTERMAS DE DESSORÇÃO E DO CALOR ISOSTÉRICO DE DESSORÇÃO
PARA GRÃOS DE TRIGO (Obtain and models isotherm of the desorption and desorption isoteric heats at wheat grains)
Paulo Cesar Corrêa, André Luís Duarte Goneli, Osvaldo Resende, Deise Menezes Ribeiro ....................................................
39
ALTERAÇÕES DE COR DA ACEROLA EM PÓ SOB CONDIÇÕES CONTROLADAS (Alterations in the color of west
Indian cherry powder under controlled conditions)
Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo, Alexandre José de Melo Queiroz,Enny Therezinha Martucci ......................................
49
MICROENCAPSULAMENTO DO UMBU EM PÓ COM DIFERENTES FORMULAÇÕES DE MALTODEXTRINA:
ESTUDO DO TAMANHO DAS PARTÍCULAS POR MICROSCOPIA ELETRÔNI CA (Microencapsulating of
powdered umbu with different formulations of malthodextrin: Study of the particles size for electronic microscopy)
Mario Eduardo R.M. Cavalcanti Mata, Sheila Soraia Araújo Medeiros, Maria Elita Martins Duarte .....................................
59
UMA EQUAÇAO EMPÍRICA PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE AGUA DE EQUILIBRIO PARA GRAOS (Na
empiric equation to determine the grain equilibrium moisture content)
Wilton P. da Silva, , Mario Eduardo R.M. Cavalcanti Mata, Jürgen W. Precker, Cleide M. D.P.S. e Silva, Cleiton D. P.S. e
Silva, Diogo D.P.S. e Silva, Antonio Gilson Barbosa de Lima ........................ ...........................................................................
71
TRANSIÇÕES DE FASES EM ALIMENTOS: INFLUÊNCIA NO PROCESSAMENTO E NA ARMAZENAGEM
(Phases transitions in foods: Influence in the processing and storage)
Juliana Tófano de Campos Leite, Fernanda Elisabeth Xidieh Murr; Kil Jin Park ....................................................................
83
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.7, n.1, p.1-14, 2005
ISSN 1517-8595
1
PRODUÇÃO E ESTUDO DO POTENCIAL DE HIDRÓLISE DE UMA NOVA
FONTE DE ENZIMAS AMILOLÍTCAS A PARTIR DO MALTE
DE MILHO (Zea mays)
Alex Ferreira Evangelista1, Joana Paula Menezes Biazus1, José Carlos Curvelo Santana2,
Elizabete Jordão3, Roberto Rodrigues de Souza4
RESUMO
O malte de cevada é um produto bastante utilizado pelas indústrias alimentícias, porém seu
custo é relativamente elevado quando comparado com o malte de milho. Como o malte de
milho possui um potencial enzimático relativamente menor que o de cevada, a concentração das
enzimas deste malte tornaria este produto mais viável que na forma ‘in natura’. Assim, este
trabalho objetivou a obtenção de um derivado do malte de milho obtido por extração líquidolíquido em sistema bifásico aquoso PEG/CaCl2 e comparar seu potencial enzimático com o
malte de milho. Os dados de tempo (t) e de atividade enzimática (AE) resultaram numa curva
em forma de pico, onde a máxima atividade das sementes foi observada no quarto dia de
germinação e a atividade enzimática apresentou uma dependência exponencial com tempo,
análogo ao crescimento de microrganismos. Estas enzimas ao serem recuperadas em PEG 4000,
tornaram-se mais ativas que no malte de milho, mostrando que o PEG é um meio que além de
conservar, ativa as enzimas. Desta forma conseguiu-se gerar uma nova forma de
comercialização das enzimas amilolíticas de malte de milho.
Palavras chaves: Zea mays L., fonte de amilases, amilases em PEG, cinética enzimática.
PRODUCTION AND STUDY OF THE HYDROLYSE POWER OF A NEW
AMYLASES SOURCE BY MAIZE (Zea mays) MALT
ABSTRACT
The barley malt is a product very utilized by food industries, but its cost is relatively elevated
when it’s comparated to maize (Zea mays) malt. As this malt has a smaller enzymatic activity
than barley malt, the enzymes concentration of maize malt could become this product more
viable than its ‘in nature’ form. Thus, this work aimed to obtain a maize malt derivate through
liquid-liquid extraction in aqueous two-phase system PEG/ CaCl2 and to compare its enzymatic
potential with maize malt. The data of the time (t) and enzymatic activity (EA) were shown as a
curve in top form and EA presented on dependence with t, it was analogy to microorganism’s
growth. These recovering enzymes in PEG 4000 became more active that in the maize malt
form. It showed that PEG is the best mean for preserving and activing its enzymes. Thus, we
obtained a new commercial source of amylases enzymes from maize malt.
Keywords: Zea mays L., amylases source, amylases in PEG, enzymes kinetic.
__________________________
Protocolo 702 de 8 de abril de 2003
1
Graduandos em Engenharia Química, DEQ/ CCET/ UFS.
Doutorando em Engenharia Química, DESQ/ FEQ/ UNICAMP. [email protected] .
1
Prof. Drª do Departamento de Engenharia e Sistemas Químicos, FEQ/UNICAMP, Cid. Univ. “Zeferino Vaz”, Av. Albert Eistein, s/n, Barão
Geraldo, Campinas– SP, Caixa Postal: 6066, CEP: 13081-970, Tel: 0xx13 3788 3900.
1
Prof. Dr do Departamento de Engenharia Química, CCET/UFS. Cid. Univ. Prof. José Aloísio de Campos, Av. Marechal Rondon, s/n,
Rosa Elze, São Cristóvão – SE, CEP: 49480 000, Tel: 0xx79 2126687e-mail: [email protected].
1
2
Produção e estudo do potencial de hidrólise de uma nova fonte de enzimas amilolítcas ...... Evangelista et al.
INTRODUÇÃO
Enzimas amilolíticas
Sistemas bifásicos aquosos
A bioseparação é um ramo da
bioengenharia que, nos últimos tempos, vem
sendo muito estudada, com o intuito de
aprimorar técnicas mais eficientes e mais
econômicas, em larga escala (“scale-up”),
alcançando um elevado grau de pureza e
recuperação da biomolécula, mantendo sua
atividade. A mais eficiente destas técnicas é a
cromatografia em fase líquida. Contudo, esta,
embora produza um material de alto grau de
pureza e com boa atividade, seu rendimento é
baixo e o custo do produto é elevado. Uma das
técnicas que possuem bom rendimento na
separação de biomolécula sem interferir em sua
atividade, com boa viabilidade econômica, é a
partição em sistemas bifásicos aquosos (SBA)
(Diamond & Hsu, 1992).
Os sistemas bifásicos aquosos mais
utilizados, atualmente, são os sistemas polimero/polímero, mais comumente representados
pelo polietileno glicol (PEG)/Dextrana e os
sistemas polímero/ sal, representados na
maioria dos estudos por PEG/fosfato de
potássio. Estes sistemas foram descobertos por
Per - Åka Albertsson em 1955 e, desde esta
data, os sistemas bifásicos são estudados e
utilizados na recuperação e/ou purificação de
diversas substâncias, principalmente, de
biomoléculas (Albertsson, 1986).
Os SBA’s polímero/polímero, ou
polímero/sal são muito utilizados na
recuperação de biomoléculas por oferecem
ambientes físico-químicos apropriados para as
biomoléculas, apresentando baixas diferenças
de potencial, tensão superficial em torno de 10-7
N/cm, que contém 80% a 90% em peso de água
em suas fases (Diamond & Hsu, 1992).
Nas últimas décadas, tem-se pesquisado
novos sistemas bifásicos que permitam uma
melhora na recuperação de biomoléculas
específicas, como foi o caso de Santana (2003),
que empregou um SBA obtido, a partir do
polietileno glicol (PEG) e do sal CaCl2, na
recuperação de amilases de malte de milho. Os
resultados mostraram que no pH 5,0 e na linha
de amarração mais concentrada (3ª, neste
estudo) este sistema foi seis vezes mais
eficiente que os utilizados por alguns autores;
quando estes recuperaram as mesmas enzimas
de A. Niger em sistema PEG/ sais de fosfato e
PEG/ Dextrana.
Desde o início do século, o estudo da
viabilidade de aplicação das enzimas em
processos biotecnológicos tem tido um grande
destaque em nível Mundial. Dentre estas
enzimas, podemos destacar como as mais
importantes para a biotecnologia; até o
momento, as enzimas  e  amilases. O uso
fundamental das amilases está na hidrólise do
amido, principalmente, na indústria de
panificação; no pré-cozimento de cereais, nas
indústrias de fermentação, para a produção de
álcool e bebidas alcoólica; na fabricação de
xaropes de glicose, via hidrólise pelas amilases;
no preparo de gomas de dextrinas, usadas para
acabamento de papéis e tecidos, dentre outros.
A enzima com código e nome sistemático
EC 3.2.1.1; -1,4 glicano 4-glicanohidroxilase,
respectivamente, é comumente conhecida como
-amilase. Esta é uma grande enzima
extracelular que hidrolisa, aleatóriamente, e
várias ligações -1,4 não terminais de molécula
de amilose, amilopectina, glicogênio e
dextrinas, não atuam sobre as ligações -1-6.
Os produtos finais da hidrólise são 70 a 90%,
de maltose, oligossacarídeos e dextrinas, a
maioria com quatro a oito unidades de glicose,
além de pequenas quantidades de D-glicose. A
-amilase, também, é chamada de enzima
dextrinizante e de liquefação e encontram-se
nos tecidos e diversos meios: saliva, pâncreas,
cereais, bactérias, fungos. Sua resistência à
desnaturação térmica, a qual inativa a enzima,
difere conforme sua origem ou biossíntese.
Algumas amilases bacterianas, de Bacillus
subtilis, B. coagulans, B. licheniformis e B.
stearothermophilus, têm temperatura ótima
entre 70°C a 80C de temperatura (algumas são
ativas até acima de 100C), isto devido à
presença de um íon Ca2+ em sua estrutura
molecular, com pH ótimo entre 5,5 a 7,0 e peso
molecular variando entre 10 kDa a 20 kDa
(Wiseman, 1987; Dixon & Webb, 1967).
A enzima com código e nome sistemático
EC.3.2.1.1,
-1,4
glicano-maltohidrolase,
respectivamente, é comumente conhecida como
-amilase. Esta é uma enzima extracelular,
largamente encontrada em grãos de vegetais,
degradando a amilopectina e glicogênio,
hidrolisando cada segunda ligação -1,4, mas,
sempre, a partir dos terminais não redutores das
cadeias. A maioria dos seus produtos é quase
sempre -maltose, são inibidas por reagentes
sulfidricos, não atuam em ligações -1,6 e desta
forma, a hidrólise total da amilopectina não
pode ser realizada por elas. Estas enzimas
possuem temperatura ótima por volta do 55° C,
pH ótimo entre 6,5 a 7,0 e massa molar de,
aproximadamente, 50 kDa (Wiseman, 1987;
Dixon & Webb, 1967).
Cinética enzimática
É o estudo do caminho mais provável
para se definir a equação da taxa da reação de
um sistema reacional catalisado por enzimas.
Para que seja possível a compreensão deste
estudo considera-se o caso mais simples onde o
substrato (S) é transformado no produto (P) em
uma reação catalisada por uma enzima (E).
Com as condições experimentais do meio
reacional em estudo pré–definidas (pressão,
temperatura, pH, concentrações inicial de
substrato e de enzimas, etc). Supondo-se que
seja possível medir a concentração do substrato
(ou do produto) com o decorrer do tempo, a
partir do instante em que esta teve início. Estas
medidas permitem configurar uma curva do tipo
que se encontra na Figura 1, a qual traduz a
variação da velocidade de reação com o
consumo de substrato (formação do produto)
com o tempo. Na realidade o único instante em
que se conhece com certeza a concentração do
substrato é o tempo inicial, por isto as
velocidades de reações enzimáticas são
calculadas nos instantes iniciais.
3
aproximadamente,
proporcional
à
sua
concentração (o que indica uma reação de
primeira ordem em relação ao substrato), porém
para altas concentrações do substrato, a
velocidade tende para um valor assintótico,
designado pela velocidade máxima (Vmax), onde
V0 é tido como constante em relação à
concentração do substrato (reação de ordem
zero) (Friedman, 1994; Peter, et al., 1987).
No início do século XX, trabalhos
realizados por Henri e posteriormente por
Leonor Michaelis e Maud Menten levaram à
formulação da Teoria do Mecanismo de Reação
Enzimática mais conhecida até o presente
momento; a qual segue os seguintes passos:
 Em reação rápida, enzima e substrato
formam o complexo denominado de enzima–
substrato (ES).
 Em reação lenta, o complexo enzimasubstrato forma o produto e liberta a enzima.
Esta reação é representada pela Figura 2.
k1
 ES 
k2
E  S 
EP


k 1
Figura 2 – Esquema de uma reação enzimática
global, simples.
Onde: k1, k-1 e k2 são constantes cinéticas.
Como notação foi admitida [E], [S] e
[ES], como as respectivas concentrações de E,
de S e de ES. Ao admitir-se que o sistema
reacional esteja em equilíbrio, pode-se definir
Ks, como sendo a constante de dissociação do
complexo ES, dada por:
Ks 
Figura 1 – Curva de desenvolvimento cinético
de um sistema reacional enzimático.
É comum indicar a velocidade inicial
(V0), numericamente igual à tangente à curva de
formação do produto com o tempo (Halpern,
1997; Peter et al.; 1987).
Os primeiros estudos comprovaram que a
velocidade de reação enzimática é proporcional
à concentração de enzimas (V0  [E]) e que esta
velocidade possui uma dependência hiperbólica
com a concentração do substrato. Para baixas
concentrações de substrato, a velocidade é,
k 1 [ E ][ S ]

ES 
k1
(1)
Esta suposição é conhecida como
hipótese de equilíbrio e só é válida quando k-1
>>> k2, ou seja, não foi levada em consideração
a complexação da enzima com o produto para
retornar ao complexo enzima substrato (E + P
em ES) para determinação da velocidade inicial
(V0 ), já que [P] = 0 (Voet & Voet, 1995).
Em 1925, Briggs e Haldane propuseram
uma hipótese de equilíbrio rápido, onde as
constantes k-1 e k-1 são aproximadamente iguais.
Estes cientistas verificaram que se fazendo
medidas em pequenos intervalos de tempo,
onde a variação da concentração do complexo
4
ES é tão pequena que pode ser considerada
constante; desta maneira eles conseguiram
observar um estado estacionário (ou pseudoestacionário) para ES. No entanto, para que isto
ocorra, é necessário que a concentração do
substrato seja muito superior à de enzimas, o
que acontece na maioria dos sistemas in vitro.
Desta forma, de acordo com a definição de
velocidade de reação, tem-se (Friedman, 1994;
Halpern, 1997; Voet & Voet, 1995):
V0 
d P 
 k 2 ES 
dt
(3)
Como no meio reacional a enzima se
encontra na forma livre (E) e na forma
complexada (ES), logo a concentração de
enzimas total (E0) pode escrita como:
[ E ] 0  [ E ]  [ ES ]
(4.a)
ou
[ E ]  [ E ] 0  [ ES ]
(4.b)
E assim por substituição da equação 4.b
na equação 3, obtém-se:
[ ES ] 
E 0 S 
k 1  k 2
 [S ]
k1
(5)
e
Km 
k 1  k 2
k1
(8)
Na Equação 8, Vmax é a velocidade
máxima da reação e Km é a constante de
Michaelis–Menten. Quando ocorre um estado
de equilíbrio rápido (k-1>>k2), constata-se que a
constante de Michaelis-Menten se aproxima da
constante de dissociação do complexo enzimasubstrato (Halpern, 1997; Peter et al., 1987;
Voet & Voet, 1995):
Km 
k 1
 Ks
k1
(6)
(7)
Obte-se assim, a equação de Michaelis –
Menten, dada por:
(9)
A Equação 8 também comprova a
variação hiperbólica de V0 com [S]. Um estudo
de dois casos é abaixo relatado, os quais
apresentam limites de concentração de
substrato.
i) Para
baixas
concentrações
de
substrato ([S] << Km); pode-se adotar uma
forma simplificada da Equação 8, dada por:
V0 
Vm [ S ]
Km
(10)
ii) Para altas concentrações de substrato
([S] >> Km); a Equação 8 toma a forma da
Equação 6, já que V0 ≃ Vmax, o que esta de
acordo com as observações já mencionadas para
os extremos cinéticos de ordem zero e ordem
um, em relação ao substrato [S] (Halpern, 1997;
Peter et al., 1987; Voet & Voet, 1995). Para que
seja entendido o significado de Vmax e Km, são
feitas as seguintes igualdades:
V0  k 2 [ ES ]  k 2 [ E ] 0 Vmáx
Fazendo-se as seguintes considerações:
Vmáx  k 2 [E ] 0
Vmáx [ S ]
K m  [S ]
(2)
Como é difícil medir [ES], logo esta
grandeza deve ser substituída. Para isto,
considera-se a hipótese de estado estacionário e
iguala-se as duas equações de velocidade (de
formação e decomposição do complexo ES),
como descrito abaixo (Peter et al., 1987; Voet
& Voet, 1995):
k1 [ E ][ S ]  k 1 [ ES ]  k 2 [ ES ]
V0 
(11)
Esta equação indica que a velocidade
máxima ocorre quando todas as enzimas estão
na forma complexada, ES, ou seja, todas as
enzimas estão saturadas de substrato. No
entanto se [S] = Km e for substituído na Equação
8, tem-se:
V0 
Vmáx
2
(12)
Por meio desta expressão pode-se
concluir que o Km corresponde à concentração
do substrato onde se observa que a reação
alcançou um valor médio da velocidade
máxima e a concentração de enzimas está 50%
saturada.
Outros mecanismos podem ser obtidos,
como o que considera também o complexo
enzima-produto (EP), os que inserem as
influências do pH, de inibidores, etc; mas todos
são deduzidos, levando-se em consideração as
hipótese de Michaelis-Menten.
Método para determinação da velocidade
máxima e a constante de Michaelis-Menten
Como a representação gráfica da
Equação 8 é hiperbólica, o valor de Vvax não
pode ser obtido exatamente, pois este se torna
assintótico. Contudo, ao se linearizar a
expressão de Michaelis-Menten em função de
1/V0 e 1/[S], chega-se a:
K 1
1
1

 m
V0 V máx V máx [ S ]
(13)
Esta expressão é chamada de equação de
Lineweaver-Burk, que é uma relação linear
onde 1/Vmax é o seu coeficiente linear e Km/ Vmax
é o seu coeficiente angular. Ao tocar no eixo
das abscissas, esta reta fornece o valor – 1/Km
(recíproco negativo da constante de MichaelisMenten), como se observa na Figura 3, que é
uma representação esquemática da linearização
desta equação (Friedman, 1994; Halpern, 1997;
Morris, 1979; Peter, et al., 1987; Voet & Voet,
1995).
5
camada protetora (casca), aleurona, endosperma
e o embrião. Este último é composto pelo
cotilédone, o epicótilo (que origina o broto) e a
radícula (que se origina a raiz). Na Figura 4,
encontra-se uma representação esquemática da
germinação de uma monocotiledonea que
ocorre, quando o crescimento da radícula rompe
o tegumento da semente e aparece como uma
raiz jovem. A energia para a germinação da
semente vem da respiração e do açúcar do
endosperma. Contudo, o embrião e o amido
estão separados um do outro, ou seja, para que a
semente germine deve haver ação de forças
externas para ativar suas funções fisiológicas.
Naturalmente, há uma pequena atividade
biológica nas sementes, devido à presença das
enzimas -amilase que degrada o amido para
produzir a maltose e fornecer energia para
manter a atividade biológica, nas células da
semente. A água, entrando na semente e no
embrião, dissolve uma substância produzida no
interior do embrião. Esta substância é
conhecida como ácido giberélico (AG). Este é
um hormônio vegetal não muito diferente dos
esteróides. O AG dissolvido é transportado com
a água pelo restante dos tecidos da semente, até
chegar à camada de aleurona. O AG entra no
citoplasma dessas células, "ativando" certos
genes do DNA nuclear. O DNA é,
naturalmente, a molécula hereditária e contém
as instruções para fazer todas as proteínas
necessárias para a sobrevivência da planta. O
mecanismo preciso sobre como o AG "ativa" o
DNA é ainda desconhecido. É claro, contudo,
que o modo de ação é ligar apenas alguns genes
específicos do DNA (Borzani et al., 1986;
Santana, 2003).
Figura 3 – Linearização dos dados cinéticos ou
método de Lineweaver-Burk (Morris, 1979).
Germinação das sementes de milho
O milho (Zea mays) tem um mono
cotilédone, e sua semente está dividida em
Figura 4 – Esquema da síntese da enzima amilase, em uma semente monocotiledonea
Os genes que são "ligados" são
transcritos. A informação arquivada em DNA é
preciosa, de modo que as células de aleurona
6
fazem uma cópia "descartável" em RNA do
gene a que está ligado. Está cópia, como um
tipo de projeto, é chamada de RNA mensageiro.
O processo de fazer esta cópia é chamado
transcrição. O RNA que foi feito no processo de
transcrição é transportado até o citoplasma das
células de aleurona. No citoplasma, o RNA
mensageiro se junta ao ribossomo para começar
o processo de produção de uma proteína. Este
processo é denominado síntese protéica ou
tradução. Neste processo o ribossomo examina
a informação mantida na seqüência de bases do
RNA.
RNAs transportadores carregados com
aminoácidos específicos são colocados nas
posições especificadas nas instruções do RNA
mensageiro e os aminoácidos são agrupados na
seqüência certa pelo ribossomo. A seqüência de
aminoácidos determina as propriedades da
proteína que está sendo montada. Neste caso, a
proteína crítica feita com a informação mantida
no RNA é a -amilase. Esta proteína resulta em
uma enzima de mesmo nome que tem grande
importância para a indústria de alimentos
(Santana, 2003).
Maltagem
A maltagem é a técnica de preparo do
malte, e constam de operações como a
maceração, a germinação e a secagem. O
processo altera os grãos e esta alteração afeta a
composição deles, e estes diferem conforme o
tipo de malte a ser obtido, podendo ser utilizado
nas cervejarias e ou destilarias. Se for destinado
para ser utilizado em cervejarias, que é o caso
mais comum para as sementes de cevada, os
grãos devem ser densos, com endosperma
macio e friável, sua maceração será entre 43% a
46% de umidade, após a germinação são secos
a 4% de umidade em temperaturas variando de
70°C a 100°C, o que torna o malte mais escuro,
reduz sua atividade enzimática, dá a cerveja
uma coloração mais escura, sabor e aroma mais
encorpado (Borzani et al., 1986).
No caso do malte para destilaria, são
usados grãos menores, com teor protéico mais
elevado, sendo macerados na faixa de 45% a
49% de umidade, seca depois de germinados,
de 5% a 7% de umidade, em temperaturas,
variando entre 50°C a 60°C, gerando um malte
de maior potencial enzimático e mais claro.
Suas etapas basicamente são: Limpeza e
classificação das sementes, que, geralmente, são
feitas, usando-se peneiras, ventiladores ou
eletroimãs, isolados ou em conjunto. Depois é
feita a maceração, que nada mais é que elevar o
teor de umidade na semente até níveis próximos
de 45% de umidade, condição necessária à
germinação. O tempo de germinação depende
da velocidade com que as enzimas hidrolíticas
atuam. Segundo Borzani et al. (1986), para que
as sementes de cevada atinjam o máximo de
atividade enzimática, estas devem apresentar o
broto com 1 a 2 vezes o seu tamanho. A
secagem destas sementes (agora malte) é
necessária para aumentar a conservação do
malte por um maior tempo. A temperatura
empregada não deve exceder as temperaturas
ótimas das enzimas para evitar a inativação
delas.
O malte é um produto muito utilizado nas
indústrias cervejeiras, e em outras indústrias
que trabalham com processos fermentativos a
partir do malte, sendo as sementes de cevada as
mais utilizadas, pelo seu alto poder enzimático.
Contudo estas sementes não são muito
cultivadas em nosso país, necessitando a sua
importação e, elevando o custo na obtenção do
produto. Já as sementes de milho, para produzir
malte, pode ser uma alternativa viável, uma vez
que esta cultura é bastante difundida no Brasil,
o que torna o custo na obtenção do malte menor
se comparado com o da cevada, porém é difícil
encontrar relatos de estudos da sua atividade
enzimática com relação ao tempo de
germinação, que dê suporte a interrupção do
processo, pelo maltador. A literatura, apenas,
faz menção do maior poder enzimático das
sementes de cevada (potencial tido como 100)
que as de milho (tido como 28). Com um
estudo das melhores condições de germinação
para que se obtenha a máxima atividade
enzimática no malte e uma posterior
concentração destas enzimas em PEG 4000,
pode-se obter um produto com maior potencial
enzimático e, assim, poder oferecer ao mercado
um novo de malte de milho com alto potencial
de hidrólise de amido.
Portanto, o presente trabalho teve como
objetivo a obtenção de um derivado do malte de
milho obtido por extração líquido-líquido em
sistema bifásico aquoso PEG/CaCl2 e comparar
seu potencial enzimático com o malte de milho.
MATERIAIS E MÉTODOS
Maceração das Sementes
Sementes selecionadas provenientes da
EMBRAPA-SE foram limpas com água
destilada, para eliminar ácidos voláteis e outras
substâncias retidas na superfície dos grãos,
depois se umedeceram as sementes, até que elas
atingissem um teor de água entre 40 a 45%,
trocando-se a água a cada uma hora. O tempo
de duração deste processo foi em torno de 12 a
14 horas, sendo observada a máxima absorção
relativa de umidade pelas sementes, durante a
lavagem e nas primeiras 4 horas (Borzani,
1986; Reguly, 1996; Santana, 2003).
7
adicionar nestas o reagente Coomasie Biliante
Blue e medir sua absorbância a 595 nm. A
concentração de proteínas é encontrada ao se
comparar a absorbância da amostras na curva
de calibração obtida com a proteína padrão
BSA (soro de albumina bovina).
Recuperação das enzimas
Germinação
Foi feita em bancada de laboratório, onde
as sementes úmidas foram distribuídas sobre
uma superfície artificial. As sementes foram,
sempre, umedecidas com borrifadores de água
destilada, a superfície era composta de folhas de
papel filtro (tamanho A4) e estas sobre camadas
de algodão, para reter o máximo possível de
umidade na superfície, evitando, assim, que as
sementes perdessem umidade. A germinação
era interrompida entre 8º e o 10º dia, quando se
observava o aparecimento de folíolos nos
brotos (Borzani et. al., 1986; Santana, 2003).
Amostragem
As
amostras
foram
coletadas,
diariamente, em um mesmo horário, sendo
depois moídas em moinho de parafuso e uma
pequena massa variando entre 1,0 g a 2,0g dela
foi solubilizada a 50 mL em solução de NaCl e
CaCl2 a 3 e 2 g/L, respectivamente, (Santana,
2003).
Determinação da atividade enzimática da amilase nas sementes
Foi feita pelo Método de Wohlgenuth,
modificado por Sandstedt, Kneen, Blish, o qual
se baseia na dextrinização de certa massa de
amido solúvel que, sob influência de um
excesso de -amilase, pela -amilase em uma
hora, sendo sua unidade usual dada em SKB
(Reguly, 1996). Com base neste método foram
utilizados volumes variados das amostras
(dependendo da atividade), para dextrinizar 20
mL de uma solução de amilodextrina 2% a
30°C. A análise foi feita por comparação
colorimétrica com um padrão de iodo/dextrina.
O método do DNS, ou do Miles Laboratory,
também, foi utilizado para medir a variação da
concentração de açúcares redutores com o
tempo de incubação, no estudo cinético
enzimático, descrito a seguir (Reguly, 1996).
Quantificação da proteína total
Foi feita pelo método de Bradford
(1976), o qual consistiu em coletar amostras,
A partir do sistema bifásico aquoso de
composição 25% PEG 4000 e 1,8 % de CaCl2,
as enzimas em malte de milho foram
recuperadas. Uma solução de malte a 2% em
CaCl2 foi introduzida com o auxílio de uma
micro-seringa na fase inferior do sistema.
Esperou que o equilíbrio fosse estabelecido (24
a 48 h). Recolheram-se amostras de ambas as
fases e, nelas, mediu-se a concentração de
proteína total para que estas fossem utilizadas
nos ensaios de cinética.
Cinética de hidrólise do amido
Foram feitos estudos comparativos de
cinética enzimática entre as enzimas  e amilases do extrato em malte de milho e do
extrato em PEG 4000. Utilizou-se o pH 5,0 e as
temperaturas de 75°C e 55°, já que estas
variáveis estão próximas das condições ótimas
das -amilase e -amilase, respectivamente.
Para tanto, foram preparadas soluções de amido
a 10 g/L e 0,2 g/L em pH 5,0, e a partir destas
foram feitas as devidas diluições para fornecer
concentrações dentro das especificações da
metodologia que se baseia nas condições limite
do substrato (Friedman, 1994; Peter et al.,
1987). Possibilitando desta forma, observar se o
PEG atua como inibidor ou ativador destas
enzimas, enquanto que a temperatura definiu
qual das enzimas encontra-se mais ativa no
extrato em PEG 4000.
Para este estudo, usou-se como base
matemática para obtenção dos modelos
cinéticos a metodologia de Michaelis-Menten,
que se baseia na determinação das velocidades
iniciais de reação nas condições limites do
sistema reacional, ou seja:
1- Para baixas concentrações de substrato
([S] << Km);
2- Para altas concentrações de substrato
([S] >> Km).
A linearização do modelo foi feita
seguindo a metodologia de Lineweave-Burk. A
determinação da concentração de açúcares
redutores gerados no meio foi feita segundo o
Método do Milles Laboratory (Reguly, 1996).
8
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1, encontram-se os dados de
atividade enzimática das sementes de milho,
durante a germinação em escala laboratorial.
Foram realizados três ensaios num mesmo
período com as sementes de uma mesma safra.
Todos os ensaios foram realizados em triplicata
e seus valores médios estão na Tabela 1.
Tabela 1 – Dados experimentais de atividade
enzimática durante a germinação das sementes
de milho
Tempo Atividade Enzimática (SKB)
(dias) Ensaio 01 Ensaio 02 Ensaio 03
0
0,157
0,117
0,0762
1
0,234
0,234
0,25
2
2,182
2,074
1,959
3
5,714
5,648
5,581
4
21,818
24,242
26,667
5
6,667
8,386
10,105
8
5,714
7,48
8,727
Na Figura 5, encontra-se o crescimento
da atividade enzimática (AE) das amilases,
durante o decorrer de um período de 8 dias,
para três ensaios com amostras de uma mesma
variedade de milho, de mesma época de
colheita, germinadas no mesmo período, com
umidade controlada e nas condições ambientais
de temperatura e pressão.
Nesta figura, pode ser observado que a
atividade enzimática, durante a germinação,
apresenta comportamento semelhante para
ambos os ensaios. Vê-se que a atividade
enzimática apresenta crescimento lento até o
terceiro dia após as sementes serem postas a
germinar, sendo que no quarto dia alcançam seu
valor máximo em ambos os experimentos,
gerando um pico nos gráficos, para depois cair
a um valor constante. É de se esperar,
inicialmente, uma taxa de atividade enzimática
baixa nas sementes (quase que exclusiva devido
à presença das -amilases) já que estas ainda
estão em estado de dormência. Quando a água
penetra na semente, facilita o transporte de
glicerídeos (formas pela -amilase) e do ácido
giberélico (AG) para as camadas de aleurona
onde, os primeiros fornecerão energia para
alimentar as células, enquanto que o segundo
ativa os genes do DNA, responsáveis pela
formação das -amilases. Com isto, percebe-se
que esta geração de enzimas, a princípio, é
lenta, acelerando, posteriormente, até alcançar
seu valor máximo, no quarto dia, quando a
concentração de produtos gerados pelas
enzimas faz com que parte destas sejam
inibidas e sua atividade se reduza a um valor
constante (Santana, 2003).
Na Figura 5, é perceptível observar um
comportamento da atividade enzimática
semelhante a uma curva do tipo exponencial, na
etapa de crescimento enzimático (primeira parte
antes dos picos nos gráficos). Logo este
comportamento pode ser modelado semelhante
ao da taxa de crescimento microbiano, do tipo y
=y0 eb x. Então, neste estudo, para provar que
esta analogia é válida, fizeram-se as seguintes
denominações:
AE, será a simbologia usada para a
atividade enzimática (neste caso em SKB);
AE0, é a atividade enzimática das
sementes 'in natura' ou a atividade inicial das
sementes (SKB);
t, o tempo de germinação das sementes
(em dias);
E  é a taxa de crescimento da atividade
enzimática da semente característica para cada
variedade.
Desta forma, o modelo para este trabalho
é:
AE = AE0 e
t
(14)
A partir de um ajuste exponencial dos
dados de atividades enzimáticas (valores
médios), obtidos, experimentalmente, em escala
laboratorial, Tabela 01, foram encontrados os
valores dos parâmetros AE0 e . Esses valores
encontram-se nas equações 15, 16 e 17. Como
se pode observar a taxa de crescimento
enzimático () apresenta um valor próximo de
1,362 s-1 (0,133 de desvio, 9,8% de erro),
mostrando que este valor é característico para a
variedade estudada.
Contudo, mesmo em amostras de uma
mesma safra, a atividade destas no estado
natural (atividade inicial, AE0) não pode ser
considerada como constante, já que seu valor
médio ficou em torno de 0,110 e sua oscilação
foi de 44 % (0,048 de desvio padrão), ou seja,
este valor é característico das amostras, embora
seus genótipos sejam parecidos.
Na Figura 6, estão as curvas geradas
pelos modelos empíricos (equações 15, 16 e 17)
que correlacionam a atividade enzimática com o
tempo de germinação das sementes de milho.
Percebe-se que as curvas representam
satisfatoriamente os dados experimentais, pois
os coeficientes de correlação encontram-se
próximos ao do valor máximo (1,0), indicando
assim, um bom ajuste dos modelos.
AE(1) = 0,1643 e1,2197 t
R = 0,9986
1,3851 t
AE(2) = 0,0944 e
R = 0,9902
(15)
.
(16)
AE(3) = 0,0727e1,4821 t
R = 0,9958
9
(17)
30
Ensaio 01
Ensaio 02
Ensaio 03
25
AE (SKB)
20
15
10
5
0
0
2
4
6
8
Tempo (dias)
Figura 5 – Comportamento da atividade enzimática (AE) durante o decorrer da germinação das
sementes de milho.
30
25
AE (SKB)
20
15
10
5
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
Tempo (dias)
1° Ensaio
2° Ensaio
3° Ensaio
Expon. (3° Ensaio)
Expon. (2° Ensaio)
Expon. (1° Ensaio)
Figura 6 – Gráfico da dependência da atividade enzimática (AE) com o tempo de germinação de
acordo com o modelo empírico
Cinética comparativa entre as amilases de
malte de milho in natura e em PEG
Este estudo foi baseado, exclusivamente,
na equação de cinética enzimática proposta por
Michaelis-Menten, que usa as concentrações de
substrato no limites inferior e superior da curva
gerada pela equação de cinética. A aplicação de
uma regressão linear dos recíprocos das
concentrações do substrato e das velocidades
iniciais na equação linearizada da curva de
cinética enzimática, segundo a metodologia
aplicada por Lineweaver-Burk (Morris, 1979;
Voet & Voet, 1995), foi usada para
determinação das constantes de MichaelisMenten (Km) e de cinética da reação (kcat), e a
velocidade máxima de reação (Vmax).
Nas Figuras de 7 a 12, encontram-se os
comportamentos das cinéticas enzimáticas,
proposta por Michaelis – Menten, das enzimas
 e -amilases de malte de milho nos estados
‘in natura’ e em meio contendo PEG 4000.
10
Todas as curvas foram determinadas em microbioreatores de 5,0 mL, que contém como
substrato o amido a concentrações variadas em
tampão fosfato a pH 5,0 (próximo do ótimo das
duas enzimas) e a temperaturas de 75 ± 2 °C e
55 ± 2°C e (ótimos da  e -amilases,
respectivamente). Percebe-se que em ambas as
figuras as curva geradas pelas enzimas em PEG,
apresentam valores maiores em suas regiões
assintóticas que as curvas geradas pelas
enzimas em malte de milho. Sendo assim, as
primeiras possuem velocidades máximas
maiores que as segundas, já que nesta região se
encontram os valores quase constantes de Vmáx.
Isto indica que as enzimas em extrato de malte
possuem uma atividade menor que as enzimas
em extrato de PEG 4000, pois necessitam de
um tempo maior para hidrolisar totalmente uma
mesma massa de amido.
O que também pode ser comprovado ao
se observar as Figuras 8 e 10, que se referem às
curvas anteriores linearizadas pelo método de
Liweneaver-Burk.
Nestas últimas figuras, pode-se comparar
melhor às atividades das enzimas em malte de
milho com as recuperadas em PEG, pois o
coeficiente linear destas retas é o recíproco da
velocidade máxima, logo aquela que apresentou
um menor valor deste coeficiente possui uma
maior atividade enzimática. Este fato comprova
que o PEG é agente ativador destas enzimas
como já foi percebido por outros autores
(Malinowski, 2001), além de ser um meio
propício para a catalise sem contaminação dos
produtos, com uso liberado pelo FDA em
alimentos (Harris, 1992).
Amilases em malte
Amilases em PEG 4000
0,7
0,6
V (g/L.min)
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
[S] (g/L)
Figura 7 – Cinéticas de hidrólise do amido, a pH 5,0 e 75°C.
Amilases em malte
Amilases em PEG 4000
5,5
5,0
4,5
4,0
1/V
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1/[S]
Figura 8 – Linearização pelo método de Lineweaver – Burk das curvas de hidrólise do amido, a pH
5,0 e 75°C.
As Figuras 11 e 12 representam a
comparação entre as curvas de cinética normal
e linearizada das enzimas recuperada em PEG
nas temperaturas de 55 ± 2°C e 75 ± 2°C.
Observa-se por comparação que em ambas há
uma superação dos dados das enzimas em PEG
a 75°C sobre as enzimas em PEG a 55°C, de
forma que ambas as figuras demonstram que na
primeira temperatura as enzimas possuem uma
11
atividade maior, ou seja, há uma maior
percentagem das -amilases que as -amilases
no extrato enzimático em PEG, já que as
primeiras possuem atividade ótima para o pH e
a temperatura próxima de 5,0 e 75°C,
respectivamente, e as segundas enzimas
perderem sua atividade à medida que se eleva a
temperatura além do seu ótimo, 55°C.
Amilases em malte
Amilases em PEG
0,65
0,60
0,55
V (g/L.min)
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
[S] (g/L)
Figura 9 – Cinéticas de hidrólise do amido, a pH 5,0 e 55°C.
Amilases em malte
Amilases em PEG
3,6
3,4
3,2
3,0
2,8
1/V
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1/[S]
Figura 10 – Linearização pelo método de Lineweaver – Burk das curvas de hidrólise do amido, a pH
5,0 e 55°C.
Este fato também é comprovado pelos
dados obtidos após linearização das equações
de cinética, já que a velocidade máxima (Vmax) e
a constante catalítica (kcat) do extrato
12
enzimático em PEG a 75° superam os valores
destas constantes para o extrato enzimático em
PEG a 55°C.
75°C
55°C
0,7
0,6
V (g/L.min)
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
[S]
Figura 11 – Comparação entre as curvas de cinética de hidrólise do amido nas temperaturas de 55°C e
75°C, utilizando as amilases em PEG 4000, a pH 5,0.
75°C
55°C
5,5
5,0
4,5
4,0
1/V
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1/[S]
Figura 12 – Comparação entre as curvas de hidrólise do amido linearizadas nas temperaturas de 55°C
e 75°C, utilizando as amilases em PEG 4000, a pH 5,0.
A seguir são descriminadas as equações
18, 19, 20 e 21 que contem os valores dos
parâmetros dos modelos de cinética enzimática,
segundo Michaelis-Menten linearizados por
Lineweaver – Burk. As equações de números
pares representam as curvas de cinética
linearizadas para as enzimas em malte de milho
e as de números ímpares representam as
enzimas recuperadas em PEG 4000, a 75 e
55°C, respectivamente. Abaixo destas equações
encontram-se os valores das respectivas
correlações múltiplas (R2), da velocidade
máxima (Vmáx), da constante de Michaelis –
Menten (Km) e da constante catalítica (kcat), com
suas devidas unidades. Para os cálculos das
constantes cinéticas, consideraram-se as
concentrações de enzimas, [E], como sendo às
medidas das concentrações de proteína total nos
extratos, as quais foram: 0,01014 g/L e
0,004979 g/L, nos extratos enzimáticos em
malte e em PEG, respectivamente.
1 - Modelo cinético linearizado para as
enzimas em extrato de PEG a 75°C.
1
1
 0,0101
 1,533
V
[S]
(18)
R 2  0,9964 Vmáx  0,6523 ( g / L. min)
K m  0,006588 ( g / L)
k cat  131,0 (min 1 )
2 - Modelo cinético linearizado para as
enzimas em extrato do malte de milho a 75°C.
1
1
 0,0097
 1,808
V
[S]
R 2  0,9970 Vmáx  0,5529 ( g / L. min)
K m  0,01754 ( g / L)
(19)
k cat  54,51 (min 1 )
3 – Modelo cinético linearizado para as
enzimas em extrato de PEG a 55°C.
1
1
 0,0024
 1,616
V
[S]
(20)
R 2  0,9981 V máx  0,6189 ( g / L. min)
K m  0,001485 ( g / L)
k cat  124,3 (min 1 )
4 - Modelo cinético linearizada para as
enzimas em extrato do malte de milho a 55°C.
1
1
 0,0024
 1,538
V
[S]
(21)
R 2  0,9991 Vmáx  0,6504 ( g / L. min)
K m  0,003690 ( g / L)
k cat  64,17 (min 1 )
13
estudo, que no quarto dia de germinação as
sementes de milho, tem a sua máxima atividade
enzimática, sendo considerado ponto ótimo para
o processo de maltagem dessas sementes;
O
estudo
cinético
enzimático
comparativo entre as enzimas  e -amilases
nas formas de malte de milho e de extrato em
PEG 4000, ambos a pH 5,0 e temperaturas de
55 ± 2°C e 75 ± 2°C, demonstrou que as
enzimas recuperadas em PEG 4000 possuem
uma maior velocidade máxima, para ambas as
temperaturas, que as enzimas em malte de
milho, o que já foi comprovado durante a
partição em batelada, onde o valor da atividade
específica do extrato enzimático em PEG foi
superior ao extrato enzimático em malte a
temperatura ambiente (30 ± 2°C);
Também se pode concluir que há uma
maior atividade das enzimas -amilases que as
-amilases, ao serem comparados as constantes
cinéticas e a velocidade de máxima de reação,
obtidos nas devidas temperaturas e pH ótimos
de cada enzima (75°C e 55°C), percebeu-se que
os valores da primeira superaram os valores da
segunda.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Albertsson, P. - Å. Partition of cell particles
and macromolecules. 3ª ed., John Willey,
New York - USA, 1986, 324 p.
Borzani, W. Aquarone, E. & Lima, U. A.
Biotecnologia:
Tecnologia
das
Fermentações. Vol. 01. 3ª Reimpressão. Ed.
Edgard Blucher Ltda. São Paulo – SP. 1986,
304 p.
Bradford, M. M. A rapid and sensitive method
for the quantitation of microgram quantities
of protein. Utilizing the principle of proteindye binding. Anal. Biochem. 72. 248-254,
1976.
CONCLUSÕES
A plotagem dos dados de tempo em dias
e atividade enzimática em SKB, resultou numa
curva em forma de pico, onde a máxima
atividade das sementes, foi observada no quarto
dia de germinação e até a formação do pico a
atividade enzimática (AE) é uma função
exponencial do tempo (t), do tipo: AE = A0 e t,
onde AE0 é a atividade da semente 'in natura' e
 é a taxa de crescimento da atividade
enzimática da semente característica de cada
variedade, análogo ao crescimento de
microrganismos. Concluiu-se, também, neste
Diamond, A.D., Hsu, J.T. Aqueos two phase
systems for biomolecule separation.
Advences in Biochemistry Engineering, v.
47, p. 89-135, 1992.
Forgaty, W. M. & Kelly, C. T. Topics in
Enzyme and Fermentation. Biotechnology; v.3, Chichester, G, Howood- J. Wiley
& Sons, 1979, p.
Friedman, P. J. Biochemistry: An Illustrated
Review with Questions and Explanation.
14
5ª ed., Library of Congress, New York-NY,
USA, 1994. Chapter 5: Enzymes, p 31 -42.
Halpern, M. J. Bioquímica. 1ª edição, Ed.
Lidel, Lisboa, Portugal, 1997, 233 - 303.
Harris, J. M. Poly (ethylene glycol) chemistry:
Biotechnical and biomedical applications.
1ª ed., Plenum Press, New York-USA, 1992,
p. 388.
Malinowski, J. J. Two-phase partitioning
bioreactors in fermentation technologyResearch review paper. Biotechnology
advances, v.19 n.7: 525-538, 2001.
Morris, J. G. Físico-química para biólogos.. 1ª
ed., Ed. Polígono, Editora da USP. São
Paulo – SP , 1972. Cap II: Cinética de
Reações Catalisadas por Enzimas, p 323 367.
Reguly, J. C. Biotecnologia dos Processos
Fermentativos.
Vol.
1,
Editora
Universitária - UFPel, 1996, 330 p.
Santana, J. C. C. Recuperação das enzimas 
e  - amilases em sistema bifásico aquoso
PEG / CaCl2 para uso como
biocatalizador de amiláceos. Campinas –
SP, Faculdade de Engenharia Química –
UNICAMP,
2003.
(Dissertação
de
Mestrado)
Voet, D. & Voet, J. G. Biochemitry. 2ª ed.
Printed by John Wiley & Sons Inc. New
York – USA. 1995. Section 13 – 2: Enzyme
Kinetics, p 351 - 367.
Wiseman, A. Handbook of Enzyme
Biotechnology. 2ª ed., edited by Ellis
Horwood limited a division of John Wiley
Sons, New York, EUA, 1987, 460 p.
Peter, H. W.; Ahlers, J. & Moreira, R. A.
Cinética Enzimática. 1ª edição, EDUFC,
Fortaleza-CE, Brasil, 1987, 242 p.
ISSN 1517-8595
15
FORMA, TAMANHO E CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO FEIJÃO
(Phaseolus vulgaris L.) DURANTE A SECAGEM
Osvaldo Resende 1, Paulo César Corrêa 2, André Luís Duarte Goneli3,
Paulo Roberto Cecon 4
RESUMO
O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito da variação do teor de água na contração
volumétrica do feijão e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais.
Foram utilizados grãos de feijão, colhidos com teor de água de 0,92 (b.s.) e submetidos secagem
à temperatura de 40ºC. A redução do teor de água ao longo de secagem foi acompanhada pelo
método gravimétrico (perda de massa), até atingir o teor final de 0,13 (b.s.). O tamanho dos
grãos foi determinado por meio da variação do volume e a forma foi analisada pela esfericidade e
circularidade. O volume foi obtido por meio da medição dos três eixos ortogonais. A contração
volumétrica unitária dos grãos foi determinada pela relação entre o volume em cada teor de
água e o volume inicial. Com base nos resultados encontrados conclui-se que a redução do teor
de água influencia na contração volumétrica unitária e da massa dos grãos de feijão, provocando
a diminuição dos valores em 35,8 e 46,1%, respectivamente, para a faixa do teor de água
estudada. O modelo de Bala e Woods é o que melhor se ajusta aos dados experimentais de
contração volumétrica unitária dos grãos de feijão. Já a variação da contração volumétrica da
massa de grãos pode ser representada pelo modelo linear durante a secagem. A forma do
produto é influenciada pela redução do teor de água, sendo que os valores da esfericidade e das
circularidades aumentam durante o processo de secagem.
Palavras-chave: feijão, contração volumétrica, modelo matemático.
FORM, SIZE AND SHRINKAGE OF BEAN (Phaseolus vulgaris L.) DURING THE DRYING
ABSTRACT
The objective of this work was to evaluate the effect of moisture content variation in the shrinkage
of bean, and to adjust different mathematical models to the experimental values. The beans grains
were harvested at 0.92 (d.b.) and dried up under temperature of 40ºC. The moisture content
reduction was accompanied by the gravimetric method (mass loss), until the moisture content of
0.13 (d.b.). The size of the grains was determinate by the variation of the volume and the form was
analyzed by the roundness and sphericity. The volume was obtained by measurement of the three
orthogonal axes. The shrinkage of the grains was determined determinate by the ratio between the
volum in each water content volume and the initial volume. Based on the results obtained, it was
concluded that the moisture content reduction affects the shrinkage and the bean grains mass,
provoking the decrease of the values in 35.8 and 46.1%, respectively, for the studied moisture
content. Bala and Woods’s model is the best one for describing the shrinkage of the bean. The
variation of the linear shrinkage of the mass of grains can be represented by the linear model during
Protocolo 718 de 15 de maio de 2004
1
Doutorando Engenharia Agrícola, Bolsista CAPES, Universidade Federal de Viçosa, UFV, MG, telefone: 31 3899 2030
E-mail: [email protected]
2
Prof. Adjunto, Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, UFV, Viçosa, MG, E-mail:
[email protected]
3
Doutorando em Engenharia Agrícola, Bolsista CNPq, Universidade Federal de Viçosa, UFV, MG, E-mail:
[email protected]
4
Prof. Adjunto, Departamento de Informática, Universidade Federal de Viçosa, UFV, Viçosa, MG.
16
Forma, tamanho e contração volumétrica do feijão durante a secagem
Resende et al.
The drying. The form of the product is influenced by the moisture content reduction and the values
of the roundness and sphericity increase during the drying process.
Keywords: bean, shrinkage, mathematical model.
INTRODUÇÃO
O feijão é cultivado em quase todos os
países de clima tropical e subtropical, tendo
grande importância na alimentação humana,
devido ao seu baixo custo e por ser,
nutricionalmente, balanceado. É a principal fonte
de proteína na alimentação da população
brasileira, sendo utilizado em substituição a
carnes e outros produtos protéicos, formando,
juntamente, com o arroz, uma base alimentar
(Rios et al., 2003; Fernandes e Souza Filho,
2001).
O Brasil é o segundo maior produtor e
consumidor mundial deste produto. Na safra
2003/2004, a produção brasileira de feijão foi de
três milhões de toneladas, sendo a produção
mundial estimada em 18 milhões de toneladas,
apresentando uma produtividade média de 700 kg
ha-1 (Conab, 2005; Agrianual, 2003).
A secagem do feijão é o processo mais
utilizado para assegurar sua qualidade e
estabilidade, durante o armazenamento,
reduzindo a atividade biológica e possíveis
mudanças físico-químicas e que ocorrem
durante este período.
A redução do teor de água dos grãos,
além de provocar o encolhimento dos grãos,
influencia, diretamente, nas suas propriedades
físicas, durante o processo de secagem. Assim,
a correta determinação das propriedades físicas
é de fundamental importância na otimização
dos processos industriais, estudos de
aerodinâmica, projeto e dimensionamento de
equipamentos utilizados nas operações de
colheita
pós-colheita.
Variações
destas
propriedades em função do teor de água e de
outros fatores, durante a secagem de vários
produtos, têm sido investigadas por diversos
autores (Lang e Sokhansanj, 1993, Mcminn e
Magee, 1997; Ruffato et al., 1999; Prado et al.,
2000).
As mudanças volumétricas dos produtos,
devido a sua desidratação, são relatadas como
sendo as principais causas das alterações das
propriedades físicas de grãos agrícolas (Ratti,
1994; Sokhansanj e Lang, 1996).
Ratti (1994) e Zogzas et al. (1994)
observaram que a contração volumétrica de
produtos vegetais, durante a secagem, não é
função exclusiva do teor de água, mas também,
dependente das condições do processo e da
geometria do produto.
As bases teóricas para o conhecimento do
processo de contração volumétrica envolvem
complexas leis mecânicas e de deformação de
materiais (Towner, 1987). No entanto, muitos
pesquisadores têm utilizado aproximações e
modelos empíricos na tentativa de representar
esse complicado fenômeno em produtos de
natureza biológica (Lang et al., 1994; Krokida e
Maroulis, 1997; Afonso Júnior et al., 2000;
Mayor e Sereno, 2004).
Considerando o exposto e a ausência de
dados na literatura especializada, o presente
trabalho teve como objetivo analisar a forma, o
tamanho e determinar a contração volumétrica
dos grãos de feijão ao longo do processo de
secagem, bem como ajustar diferentes modelos
matemáticos aos valores experimentais.
MATERIAL E MÉTODOS
O presente trabalho foi desenvolvido no
Laboratório de Propriedades Físicas e
Qualidade de Produtos Agrícolas pertencente ao
Centro Nacional de Treinamento em
Armazenagem (CENTREINAR) pertencente à
Universidade Federal de Viçosa - UFV, Viçosa,
MG.
Foram utilizados grãos de feijão
(Phaseolus vulgaris L.) do grupo vermelho
colhidos, manualmente, com teor de água de
aproximadamente 0,92 (b.s.).
A secagem foi realizada à temperatura
constante de 40ºC. A redução do teor de água
ao longo de secagem foi acompanhada pelo
método gravimétrico (perda de massa),
conhecendo-se o nível de umidade inicial do
produto, até atingir o teor de água final de 0,13
(b.s.), com auxílio de uma balança analítica
com precisão de 0,01g.
Os teores de água do produto foram
determinados pelo método da estufa, 105 ± 1°C,
até massa constante.
A forma e o tamanho dos grãos de feijão,
considerados esferóides, foram analisados pela
esfericidade, circularidades e volume, a partir das
medidas em trinta grãos das dimensões
características, eixos ortogonais (Figura 1),
obtidas por meio de um paquímetro digital com
precisão de 0,01 mm.
17
em que,
Es
a
b
c
hilo
b
Resende et al.
:
:
:
:
esfericidade, %;
maior eixo do grão, mm;
eixo médio do grão, mm;
menor eixo do grão, mm.
c
a
As circularidades do feijão foi
determinada para cada uma das três posições de
projeção dos grãos apresentadas na Figura 2, e
calculadas pela seguinte expressão:
Figura 1- Desenho esquemático do grão de
feijão, considerado esferóide oblato,
com suas dimensões características.
d
Cr = i 100
dc
A esfericidade dos grãos de feijão foi
determinada de acordo com a seguinte expressão
descrita por Mohsenin (1986):
(4)
Cr : circularidade, %;
di : diâmetro do maior círculo inscrito, mm;
dc : diâmetro do menor círculo circunscrito, mm.
  a  b  c 1 3 
 100
Es = 
 a



(3)
dc
dc
di
di
A
B
dc
di
C
Figura 2- Representação dos grãos de feijão nas três posições de projeção, (A) maior eixo, Cr1; (B)
eixo médio, Cr2; (C) menor eixo, Cr3.
18
A contração volumétrica unitária (g) e
da massa de grãos (m) durante a secagem do
produto foi determinada pela relação entre o
volume para cada teor de água e o volume
inicial.
Para o acompanhamento da redução do
volume da massa, foi utilizado um cilindro de
acrílico graduado.
O volume (Vg) de cada grão foi obtido ao
longo do processo de secagem, com auxílio de
um paquímetro digital, de acordo com a
expressão proposta por Mohsenin (1986):
Vg 
a bc
6
Resende et al.
Os dados experimentais da contração
volumétrica da massa de grãos foram
submetidos à análise de regressão. O modelo
foi escolhido com base na significância da
equação, pelo teste F, e dos coeficientes de
regressão (’s), utilizando-se o teste “t”, a fim
de se estabelecerem equações que representem
as interações entre as variáveis analisadas.
Aos dados experimentais de contração
volumétrica unitária foram ajustados os
modelos matemáticos expressos pelas seguintes
expressões:
(5)
Referência do modelo
Modelo


ψg  a  1  exp  b  (U*  U*o ) 


(6)
Lang e Sokhansanj (1993)
ψg  a  β1  U*  U*o
(7)
Rahman (1995)
ψg  1  β 2  (U*  U*o )
(8)
ψg = 1 a + b  exp U* 


(9)
ψg = a + b  U*
(10)
Bala e Woods (1984)
Linear

ψg = a  exp b  U*
Exponencial
:
:
:
=
:
:
:
:

 
Corrêa et al. (2004a)
em que,
g
U*
U*o
1
a, b, c
UR
T
2


(11)
contração volumétrica unitária, decimal;
teor de água do produto, decimal (b.s.);
teor de água inicial do produto, decimal (b.s.);
a  b  (UR)  c  (T)
(12)
parâmetros que dependem do produto;
umidade relativa (decimal);
temperatura do ar (ºC);
coeficiente de contração volumétrica, adimensional.
Os valores da contração volumétrica da
massa de grãos foram submetidos à análise de
regressão e também comparados ao modelo
ψm 
proposto por Afonso Júnior et al. (2000), de
acordo com a seguinte expressão:

Vm  Uo  ρapo
 1 
 εo 

ρag
Vmo 

 U  ρap

ε
1 


ρag


(13)
Resende et al.
19
em que,
m
Vm
Vmo
U
Uo
apo
ap
ag

o
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
contração volumétrica da massa de grãos, decimal;
volume da massa granular, m3;
volume inicial da massa granular, m3;
teor de água do produto, decimal (b.u.);
teor de água inicial do produto, decimal (b.u.);
massa específica inicial da massa granular, kg m-3;
massa específica aparente da massa granular, kg m-3;
massa específica da água, 1000 kg m-3;
porosidade da massa granular, decimal;
porosidade inicial da massa granular, decimal;
Os valores utilizados de porosidade e da
massa específica dos grãos de feijão são
apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 – Valores da porosidade da massa granular do feijão () em função do teor de água do
produto.
Teor de água (b.s.)
Porosidade (decimal)
Massa específica aparente (kg m-3)
0,9223
0,7665
0,6477
0,4233
0,3701
0,3113
0,2579
0,2082
0,1659
0,1365
0,4280
0,4391
0,4279
0,4405
0,4195
0,4042
0,3993
0,3917
0,3826
0,3887
Para o ajuste dos modelos aos dados de
contração volumétrica unitária, foi utilizado o
programa computacional Statistica 5.0. Os
dados experimentais foram comparados com os
valores calculados pelos modelos, pelo erro
médio relativo (P) e estimado (SE), conforme
descrito a seguir:
P
100

n
 Y  Ŷ

  Y





 Y  Ŷ 
(14)
711,38
743,06
778,22
761,25
784,60
817,16
841,74
868,94
882,67
890,73
Y :
Ŷ :
GLR :
valor observado experimentalmente;
valor calculado pelo modelo;
graus de liberdade do modelo
(número de dados menos o número
de parâmetros do modelo).
O grau de ajuste de cada modelo foi
considerado analisando as magnitudes do
coeficiente de determinação, do erro médio
relativo e estimado e a análise da distribuição
dos resíduos.
2
SE 
GLR
(15)
em que
n :
número
de
experimentais;
observações
Na Tabela 1, observa-se a variação dos
eixos ortogonais dos grãos de feijão, da
circularidade e da esfericidade em função do
teor de água.
De acordo com a Tabela 1, observa-se
que os três eixos ortogonais dos grãos de feijão
diminuíram
15,76,
14,08
e
4,81%,
respectivamente, para o maior, o médio e o
20
Resende et al.
menor eixo, com a redução do teor de água de
0,92 até 0,10 b.s. Desta forma, verifica-se que
os grãos de feijão apresentam variações
desuniformes das suas dimensões características,
como observado para a maioria dos produtos
biológicos, que, durante a secagem, contraemse, irregularmente, nas diversas direções como
observado por diversos pesquisadores (Fortes e
Okos, 1980; Kaleemullah e Gunasekar, 2002;
Corrêa et al., 2002). Os valores da esfericidade
e da circularidade nas três dimensões
características aumentaram com a redução do
teor de água do produto. Resultados
semelhantes foram observados para sementes
algodão (Ozarslan, 2002), milheto (Baryeh,
2002), sementes de quiabo (Sahoo e Srivastava,
2002), sementes de linho (Sacilik et al., 2003) e
sementes de cacau (Bart-Plange e Baryeh,
2003).
Na Tabela 2, estão apresentadas as
equações de regressão para contração
volumétrica unitária dos grãos de feijão, em
função do teor de água, com seus respectivos
coeficientes de determinação, erro médio
relativo e estimado, e tendência de distribuição
dos resíduos.
A análise dos dados indica que o modelo
de Bala e Woods se mostrou adequado para a
descrição matemática do fenômeno de
contração volumétrica unitária dos grãos de
feijão, apresentando um alto coeficiente de
determinação ajustado e valores reduzidos dos
erros médios relativo e estimado, e ainda, uma
distribuição aleatória e, aproximadamente,
normal dos resíduos. Corrêa et al. (2004a)
também observaram que o modelo de Bala e
Woods foi o que melhor se ajustou aos dados
experimentais de contração volumétrica dos
frutos de café do cultivar Catuaí Vermelho em
função do teor de água.
Tabela 1 - Dimensões médias dos eixos (a, b e
(a/ao, b/bo e c/co), esfericidade (Es)
médio (Cr2) e menor eixo (Cr3).
Teor de Eixos ortogonais (mm)
a/ao
água
(%)
a
b
c
(b.s.)
0,922
12,74
7,84
5,85
100,0
0,766
11,59
7,39
5,72
90,91
0,648
11,24
7,26
5,58
88,23
0,466
11,17
7,07
5,55
87,67
0,343
11,07
7,04
5,44
86,84
0,316
11,00
7,00
5,52
86,30
0,266
10,78
6,85
5,53
84,62
0,225
10,74
6,81
5,49
84,27
0,179
10,74
6,76
5,46
84,30
0,136
10,75
6,76
5,44
84,32
0,102
10,74
6,74
5,56
84,24
c) ortogonais dos grãos de feijão, índices de redução
e as circularidades segundo o maior eixo (Cr1), eixo
b/bo
(%)
c/co
(%)
100,0
94,29
92,57
90,13
89,76
89,27
87,31
86,89
86,19
86,21
85,92
100,0
97,90
95,53
94,93
93,05
94,40
94,61
93,97
93,39
93,07
95,19
Cr1
(%)
Cr2
(%)
Cr3
(%)
Es
(%)
61,52
63,81
64,55
63,25
63,59
63,64
63,48
63,44
62,90
62,90
62,75
45,87
49,40
49,66
49,66
49,15
50,17
51,28
51,15
50,81
50,63
51,83
74,55
77,41
76,94
78,52
77,28
78,84
80,79
80,62
80,78
80,49
82,59
65,59
68,06
68,44
67,98
67,86
68,35
68,79
68,72
68,37
68,29
68,77
Tabela 2 - Modelos de contração volumétrica unitária dos grãos de feijão com seus respectivos
coeficientes de determinação (R2), erro médio estimado (SE) e relativo (P), e tendência
de distribuição dos resíduos.
Modelos
R2 (%)
SE
(decimal)
P (%)
Distribuição
dos resíduos
Bala e Woods
Lang e Sokhansanj
Rahman
Corrêa et al.
Linear
Exponencial
97,48
67,10
29,66
81,51
67,10
70,36
0,0171
0,0619
0,0859
0,0464
0,0619
0,0588
1,87
5,01
8,16
3,87
5,01
4,82
Aleatória
Tendenciosa
Tendenciosa
Tendenciosa
Tendenciosa
Tendenciosa
Os grãos, individualmente, apresentaram uma redução do volume inicial de 35,86%,
com o teor de água, variando entre 0,92 a 0,10
(b.s.). Afonso júnior (2001) verificou uma
diminuição de 39% do volume dos frutos de
café cereja com a redução do teor de água de
2,27 até 0,11 (b.s). Já Ramos et al. (2005)
observaram uma redução de 35% do raio de
uvas, durante o processo de secagem, e
ressaltam que esta variação significativa na
contração volumétrica do produto deve ser
incluída nos modelos de transferência de massa.
Os valores da contração volumétrica
unitária, experimentais e estimados pelo
modelo de Bala e Woods, estão apresentados na
Figura 3.
Resende et al.
21
Na Figura 4, encontram-se os valores
da contração volumétrica da massa de grãos,
experimentais e estimados pelo modelo de
Afonso Júnior, com as respectivas regressões
lineares.
Analisando os resultados, verifica-se
que os dados experimentais da massa de grãos
apresentaram uma redução do volume inicial de
46,1%, com o teor de água variando entre 0,92
a 0,13 (b.s.). O modelo linear representou,
satisfatoriamente, os dados experimentais da
contração volumétrica da massa de grãos, como
observado por Lang e Sokhansanj (1993) e
Ribeiro et al. (2004) para grãos de trigo; e por
Wang e Brennan (1984), Lang et al. (1994) e
Afonso Júnior et al. (2000) para diversos
produtos agrícolas.
1,1
Valores experimentais
Valores estimados
Ψg(decimal)
(decimal)
0,9
0,7
*
*
ψ  1  0,33911 1  e8,8997(U  Uo ) 


g



0,5
R2 = 97,42
0,3
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
U - U o (decimal)
Figura 3 - Valores da contração volumétrica unitária (g) do feijão, experimentais e estimados pelo
modelo de Bala e Woods, em função da redução do teor de água.
22
1,0
Resende et al.
ψ
++
*
m = 0,456 + 0,574  (U )
R 2 = 99,71
Ψm (decimal)
0,8
0,6
Valores observados
Estimados Afonso Júnior
Estimados Linear
0,4
0,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
Teor de água (decimal b.s.)
0,0
++
Significativo a 1% de probabilidade, pelo teste t.
Figura 4 - Valores da contração volumétrica da massa de grãos, experimentais (m) e estimados pelo
modelo linear e pelo modelo de Afonso Júnior, em função do teor de água para o feijão.
CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos, pode-se
concluir que:
- A redução do teor de água influencia
na contração volumétrica unitária e da massa
dos grãos de feijão, provocando a diminuição
dos valores em 35,8 e 46,1%, respectivamente,
para a faixa do teor de água estudada.
- O modelo de Bala e Woods é o que
melhor se ajusta aos dados experimentais de
contração volumétrica unitária dos grãos de
feijão. Já as variações da contração volumétrica
da massa, podem ser representadas pelo modelo
linear durante a secagem.
- A forma do produto é influenciada
pela redução do teor de água, sendo que os
valores da esfericidade e das circularidades
aumentam durante o processo de secagem, para
a faixa de umidade estudada.
físicas e contração volumétrica dos grãos de
milheto (Pennisetum glaucum) durante o
processo de dessorção. Revista Brasileira
de Armazenamento. Viçosa, v. 25, n. 1, p.
15-21, 2000.
Afonso Júnior, P.C. Influência do método de
preparo e condições de secagem sobre a
qualidade do café durante o período de
armazenagem. Viçosa, UFV, 2001. 351p.
(Dissertação - Doutorado em Engenharia
Agrícola).
Agrianual 2003 - Anuário da agricultura
brasileira. São Paulo: Comércio &
Consultoria, 2003. 544 p.
Bala, B.K.; Woods, J.L. Simulation of deep bed
malt
drying.
Journal
Agricultural
Engineering Research, New York, v.30,
n.3, p.235-244, 1984.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à CAPES, ao CNPq
e a FAPEMIG pelo apoio financeiro
indispensável à execução do presente trabalho.
Afonso Júnior, P.C.; Corrêa, P.C.; Andrade,
E.T. Análise da variação das propriedades
Bart-Plange, A.; Baryeh, E.A. The physical
properties of category B cocoa beans.
Journal of Food Engineering, London,
v.60, p.219-227, 2003.
Baryeh, E.A. Physical properties of millet.
v.51, p.39-46, 2002.
Companhia Nacional de Abastecimento-CONAB
- www.conab.gov.br, jan/2005.
Corrêa, P.C.; Afonso Júnior, P.C.; Queiroz,
D.M.; Sampaio, C.P.; Cardoso, J.B.
Variação das dimensões características e da
forma dos frutos de café durante o processo
de secagem. Revista Brasileira de
Engenharia Agrícola e Ambiental,
Campina Grande, v.6, n.3, p.466-470, 2002.
Corrêa, P.C.; Ribeiro, D.M.; Resende, O.;
Afonso Júnior, P.C.; Goneli, A.L.
Mathematical modelling for representation
of coffee berry volumetric shrinkage. In:
Proceeding of the 14th International Drying
Symposium (IDS 2004). São Paulo. Brazil,
2004a. v.A, p.742-747.
Fernandes, G.M.B.; Filho, B.F.S. Armazenamento de sementes de feijão na pequena
propriedade. Rio de Janeiro: PESAGRO,
2001. 5 p.
Fortes, M.; Okos, M.R. Changes physical
properties of corn during drying.
Transaction of ASAE, St. Joseph, v.23, n.4,
p. 1004-1008, 1980.
Kaleemullah, S.; Gunasekar, J.J. Moisturedependent physical properties of arecanut
kernels. Biosystems Engineering, London,
v.82, n.3, p.331-338, 2002.
Krokida, M.K.; Maroulis, Z.B. Effect of drying
method on shrinkage and porosity. Drying
Technology, New York, v.15, n.10, p.24412458, 1997.
Lang, W.; Sokhansanj, S. Bulk volume
shrinkage during drying of wheat and
canola. Journal of Food Process
Engineering, Trumbull, v.16, n.4, p.305314, 1993.
Lang, W.; Sokhansanj, S.; Rohani, S. Dynamic
shrinkage and variable parameters in
Bakker-Arkema’s mathematical simulation
of wheat and canola drying. Drying
Mayor, L.; Sereno, A.M. Modelling shrinkage
during convective drying of food materials:
a review. Journal of Food Engineering,
London, v.61, p.373-386, 2004.
Resende et al.
23
Mcminn, W.A.M.; Magee, T.R.A. Physical
characteristics of dehydrated potatoes – part
I. Journal of Food Engineering, London,
v.33, n.1-2, p.37-48, 1997.
Moshenin, N.N. Physical properties of plant
and animal materials. New York: Gordon
and Breach Publishers, 1986. 841p.
Ozarslan, C. Physical Properties of Cotton
Seed. Biosystems Engineering, v.83, n.2,
p.169-174, 2002.
Prado, M.E.T.; Alonso, L.F.T.; Park, K.J.
Shrinkage of dates (Phoenix Dacyilyfera L.)
during drying. Drying Technology, New
York, v.18, n.1 e 2, p.295-310, 2000.
Rahman, S. Food properties handbook. Boca
Raton, Florida, CRC Press LLC, 1995. 500p.
Ramos, I.N.; Brandão, T.R.S.; Silva, C.L.M.
Integrated approach on solar drying, pilot
convective drying and microstructural
changes. Journal of Food Engineering,
London, v.67, p.195-203, 2005.
Ratti, C. Shrinkage during drying of foodstuffs.
v.23, n.1, p.91-105, 1994.
Ribeiro, D.M.; Corrêa, P.C.; Resende, O.;
Guimarães, F.F.; Costa, D.R. Forma,
tamanho e contração volumétrica do trigo
durante o processo de secagem. In:
CONGRESSO
BRASILEIRO
DE
ENGENHARIA AGRÍCOLA, 33, 2004, São
Pedro, SP. Anais... São Pedro: SBEA, 2004.
CD Rom.
Rios, A.O.; Abreu, C.M.P.; Corrêa, A.D. Efeito
da estocagem e das condições de colheita
sobre
algumas
propriedades
físicas,
químicas e nutricionais de três cultivares de
feijão (Phaseolus vulgaris L.). Ciência e
Tecnologia de Alimentos, Campinas. v.23,
p.39-45. 2003.
Ruffato, S.; Corrêa, P.C.; Martins, J.H.;
Mantovani, B.H.M.; Silva, J.N. Influência
do processo de secagem sobre a massa
específica aparente, massa específica
unitária e porosidade de milho-pipoca.
Revista
Brasileira
de
Engenharia
Agrícola e Ambiental, Campina Grande,
v.3, n.1, p.45-48, 1999.
24
Resende et al.
Sacilik, K.; Ozturk, R.; Keskin, R. Some
physical properties of hemp seed.
Biosystems Engineering, v.86, n.2, p.191198, 2003.
Towner, G.D. The tensile stress generated in
clay through drying. Journal Agricultural
Engineering Research, New York, v.37,
n.4, p.279-289, 1987.
Sahoo, P.K.; Srivastava, A.P. Physical
Properties of Okra Seed. Biosystems
Engineering, v.84, n.4, p.441-448, 2002.
Wang, N.; Brennan, J.G. Changes in structure,
density and porosity of potato during
dehydration. Journal of Food Engineering,
London, v.24, n.1, p.61-76, 1995.
Sokhansanj, S.; Lang, W. Prediction of kernel
and bulk volume of wheat and canola during
adsorpsion and desorption. Journal
Agricultural Engineering Research, New
York, v.63, n.2, p.129-136, 1996.
Zogzas, N.P.; Maroulis, Z.B.; Kouris, D.M.
Densities, shrinkage and porosity of some
vegetables during air drying. Drying
ISSN 1517-8595
25
APLICAÇÃO DO PLANEJAMENTO FATORIAL PARA OTIMIZAÇÃO DO
ESTUDO DA PRODUÇÃO DE FERMENTADO DO FRUTO DA PALMA
FORRAGEIRA
Roseany de Vasconcelos Vieira Lopes1, Aleksandra Silva Rocha2,
Flávio Luiz Honorato da Silva3, Josivanda Palmeira Gomes de Gouveia4
RESUMO
No contexto socioeconômico é muito importante para a região Nordeste do Brasil, a busca de
fontes alternativas de renda que minimizem os seus graves problemas. Com base nisso, no
presente trabalho foi pesquisada a melhor forma de aproveitamento e utilização de uma matériaprima renovável e abundante na caatinga, o fruto da palma forrageira (Opuntia ficus-indica
Mill). A metodologia utilizada consistiu na utilização de um reator em batelada com agitação
mecânica, onde foram adicionados o suco da fruta integral clarificado e levedura de panificação,
na temperatura de 30 ºC. O decaimento do substrato limitante, a produção de células, o produto
(etanol), o pH e a acidez total foram analisados em tempos regulares (estudo cinético). A média
dos fermentados (vinhos) produzidos apresentou concentração de etanol acima de 6% (v v-1),
acidez total abaixo de 130 meq L-1, pH de 3,5 e um sabor delicado e agradável. Dessa forma os
resultados atenderam às especificações estabelecidas pela legislação brasileira.
Palavras-chave: Opuntia ficus-indica Mill, superfície de resposta, vinho, fermentação
alcoólica
APPLICATION OF FACTORIAL DESIGN FOR OPTIMIZATION OF THE STUDY
OF THE PRODUCTION OF FERMENTATION OF THE PRICKLY PEAR CACTUS
FRUIT
ABSTRACT
The search for the alternative revenue sources is very important because it can minimize the
socioeconomic problems of the northeast region of Brazil. With this point of view, a study of
producing fermented product from of the prickly pear cactus fruit (Opuntia ficus-indica Mill),
which is abundant and a renewable raw material of the Caatinga semiarid region, has been made.
The fermentation experiments, at 30 ºC temperature, were performed in a stirred batch
bioreactor where a clarified juice of integral fruit and bakery yeast as inoculums were used. The
decay of the limiting substrate, the production amount of the cells and the product ethanol
formed, the pH and the total acidity of the n medium reaction were analyzed at regular time
intervals. The average values of ethanol concentration, total acidity and pH observed for the
wine produced were: above 6% (v v-1), below 130 meq L-1 and 3.5 respectively. The flavor was
soft and pleasant. The results were compatible with the specifications established by the
brazilian legislation.
Keywords: Opuntia ficus-indica Mill, response surface, wine, alcohol fermentation
1
Engenheira Química, Mestre em Engenharia Química, UFCG, E-mail: [email protected]
Química Industrial, UEPB, E-mail: [email protected]
3
Professor Dr. do Departamento de Engenharia Química, UFCG, Av. Aprígio Veloso 882 CEP 58.109-970, Campina Grande, Paraíba, Email: [email protected]
4
Professora Dra. do Departamento de Engenharia Agrícola, UFCG, Av. Aprígio Veloso 882 CEP 58.109-970, Campina Grande, Paraíba, Email: [email protected]
2
26
Planejamento fatorial para otimização do estudo da produção de fermentado do fruto da palma forrageira
INTRODUÇÃO
O estudo para aproveitamento de culturas
agrícolas é uma alternativa crescente que
promove o desenvolvimento sustentável, seja
em regiões como o Nordeste do Brasil ou em
outras regiões de países em desenvolvimento,
as quais possuem fontes de matérias-primas
renováveis. No contexto sócio-econômico, é
muito importante para a região semi-árida do
Nordeste, a busca de alternativas que possam
minimizar os graves problemas desta região. O
tema sugere o aproveitamento de uma matériaprima pouco utilizada para fins alimentícios, já
que a palma forrageira é cortada e serve como
alimento para o gado e os frutos, muitas vezes,
são desperdiçados, em função de serem muito
perecíveis, mas que é abundante na região mais
seca do país, a caatinga, que possui um clima
semi-árido, com altas temperaturas e pouca
chuva, que, geralmente, se concentra, durante 3
a 5 meses, sendo muito irregular. Sua área de
cultivo no Nordeste brasileiro é de mais de 400
mil ha, sendo a maior parte em Pernambuco e
Alagoas (Lira et al., 1989). A área de
predominância
da
caatinga
é
de
aproximadamente 835000 km2, isto é, cerca de
11% do território nacional incluindo todos os
estados do Nordeste brasileiro, além do Norte
de Minas Gerais. Em determinados pontos do
sertão, a terra é toda rachada e seca, e a
vegetação é muito escassa. Adaptada a estas
condições de solo e clima é um tipo de
vegetação da família das Cactáceas, do gênero
Opuntia,, ou comumente conhecida como palma
forrageira. O seu fruto conhecido como figo-daíndia é ovóide, grande, amarelo ou roxo e com
espinhos no pericarpo, possui elevado valor
nutritivo, apresentando na sua composição
fonte de fibras, uma boa concentração de
carboidratos solúveis e cálcio rico em vitaminas
(principalmente A e C) e magnésio. A polpa,
amarelo-ouro é meio porosa, cheia de
sementinhas pretas. Seu sabor é doce, com leve
toque ácido e segundo Lopes (2004) a fruta é
surpreendentemente refrescante.
De acordo com o mesmo autor
a
produção de frutas dessa cactácea destinada a
exportação acabou se concentrando no estado
de São Paulo, na cidade de Valinhos, onde
existe um pomar com cactos.
Estudos e novas descobertas acerca de
vinho vem sendo desenvolvidos ao longo dos
séculos e segundo Dias (2001), a produção de
vinho passou de somente arte para arte com
Lopes et al.
embasamento científico, ampliando-se as
pesquisas em vitivinicultura.
A legislação brasileira afirma que
fermentado de fruta é a bebida com graduação
alcoólica de 4 a 14% em volume, a 20 ºC,
obtida da fermentação alcoólica do mosto de
fruta sã, fresca e madura. Vinhos, que não são
provenientes da uva, devem, obrigatoriamente,
ser rotulados com a denominação fermentado
(vinho) acompanhado do nome da fruta da qual
se originou, como exemplos: fermentado (vinho)
de abacaxi, fermentado de laranja, fermentado
de caju, fermentado do figo-da-índia, entre
outros, com sabores característicos de cada
fruta (Brasil, 1997).
A obtenção do fermentado (vinho de
fruta) se dá pela fermentação alcoólica, por
difusão (Corazza et al., 2001), que é o tipo de
fermentação em que se obtêm essencialmente
etanol, mas que compreende um grupo de
reações onde são produzidos também outros
álcoois, como o metanol, propanol, butanol, por
exemplo.
Dessa forma a pesquisa foi realizada
com o objetivo de estudar o aproveitamento dos
frutos da palma forrageira (figo-da-índia),
buscando um produto de valor agregado e com
tempo de prateleira, utilizando-se da
metodologia de planejamento fatorial para
verificar os efeitos das variáveis concentração
de açúcares (ºBrix) e concentração de leveduras
sobre o % conversão e a produtividade de
obtenção da bebida alcoólica fermentada. Nesta
pesquisa foi analisanda físico-quimicamente a
bebida alcoólica procurando-se verificar se o
produto produzido se enquadra na legislação
brasileira vigente.
O fermentado da fruta da palma
forrageira foi produzido em escala de bancada,
onde foi utilizado um reator em batelada com
agitação mecânica de capacidade de 5 L,
confeccionado em tambor de plástico. Os
experimentos foram realizados no Laboratório
de Engenharia Bioquímica do DEQ/CCT da
UFCG e como matéria-prima, utilizou-se a
polpa da fruta integral (utilização de toda a
fruta). O processo de produção utilizado neste
trabalho foi baseado no estudo de produção de
vinho de caju (Silva, 2004) tendo sofrido
algumas alterações (adaptações).
Lopes et al.
27
esterilizados em estufa, fazendo-se torções para
a direita e para a esquerda.
Obtenção e seleção de frutos
Os frutos da palma forrageira foram
obtidos na região do cariri paraibano em
Pocinhos e Soledade, e selecionados de acordo
com o estado de maturação e conservação. As
frutas passaram por uma seleção para eliminar
as que estavam machucadas, verdes ou muito
maduras. A seleção é um ponto importante para
garantir um produto de boa qualidade, visto que
as frutas machucadas, verdes e muito maduras
apresentam
fermentações
indesejáveis,
comprometendo a qualidade do vinho.
Retirada de espinhos, lavagem com água
clorada e corrente e pesagem dos frutos
Foram retirados os espinhos dos frutos,
em seguida, eles foram lavados com água
clorada a 3%, permanecendo em repouso
durante 15 minutos, visando a eliminar os
microrganismos da parte externa da fruta (casca)
e depois lavada em água corrente para eliminar
as sujeiras mais grosseiras.
Após as lavagens, realizaram-se
pesagens, em uma balança analítica, com o
objetivo, ao fim do processo, de verificar o
rendimento da produção.
Extração da polpa integral
A extração da polpa integral (casca +
polpa) foi realizada com o auxílio de um
liquidificador doméstico. Em seguida, mediu-se,
volumetricamente, a polpa em embalagens de
3,5 L, fez-se a etiquetagem e armazenou-se em
freezer com a finalidade de prolongar a vida útil.
Clarificação
Com a finalidade de clarificação
(visando, principalmente, a retirada da pectina)
do mosto, foi utilizada uma solução de gelatina
comercial, incolor e sem sabor, a 10% (m v-1),
adicionando-se 6 mL L-1, levando-o, em
seguida, a geladeira por 24 h para promover
uma melhor floculação da polpa e,
conseqüentemente, a pectina, já que essa
proporciona a produção de metanol ao final da
fermentação.
Filtração do mosto
Sulfitação, adição de nutrientes e do inoculo
A sulfitação foi realizada com a
finalidade de desinfectar o suco, evitando
reações oxidativas como, degradação de
vitaminas, degradação de carotenóides, reações
de escurecimento com compostos fenólicos
(Borenstein, 1987) e proliferação de
microrganismos. O metabissulfito de potássio
(K2S2O5), foi adicionado ao mosto numa
concentração de 3 gramas para cada 10 litros de
suco clarificado. A adição de nutrientes, fósforo
(KH2PO4) e nitrogênio [(NH4)2SO4)] foi
realizada visando a suplementar, satisfatoriamente, as necessidades do microrganismo
(levedura). O microrganismo utilizado foi a
levedura Saccharomyces cerevisiae (fermento
de panificação, marca Fleischmann (70% de
umidade), com viabilidade de 90%.
Preparo do inoculo
Com a finalidade de ampliar a produção
em escala, em trabalhos futuros, para que seja
produzido o vinho no campo, foi preferível
utilizar
o
fermento
de
panificação
(Saccharomyces cerevisiae) que é mais
acessível ao pequeno produtor rural. Dessa
forma, o fermento foi adicionado na
concentração de 5 a 25 g L-1.
Fermentação
Nessa etapa, ocorre a reação de
conversão de açúcares em álcool e gás
carbônico. A fermentação foi conduzida em
reator batelada de polietileno, agitado com
agitadores magnéticos, com capacidade de 5 L.
As análises da fermentação foram realizadas em
intervalos de três horas. O término de todas as
fermentações se deu, quando as concentrações
de ºBrix alcançaram valores em torno de 3,5,
que corresponde a 37,0 g L-1de sacarose, com a
finalidade de se obter fermentados suaves
(Brasil, 1988). As análises foram feitas em
tempos regulares e foram: decaimento de
substrato (ºBrix), a produção de células
(biomassa), o produto (etanol), o pH e a acidez
total.
Decantação e trasfega
Depois da etapa de clarificação, o
mosto foi novamente filtrado em tecidos de
algodão 100%, previamente limpos e
Finalizada a fermentação, o vinho foi
levado à geladeira por 24 h para facilitar a
decantação da levedura, devido o fato da
28
levedura ser menos solúvel a baixas
temperaturas. Dessa forma, após esse período
foi feita à primeira trasfega do vinho de um
reator para kitassatos de 1000 mL, com o
auxílio de uma bomba a vácuo, rolha com saída
superior, e mangueiras de conexão e sucção,
descartando-se, assim, a levedura.
Filtração engarrafamento e conservação
Após a trasfega, o vinho foi filtrado e
engarrafado. O engarrafamento foi feito em
garrafas PET, com capacidade de 1000 mL,
visto que as garrafas apropriadas para vinhos de
vidro verde escuro não acondicionaram,
adequadamente, permitindo vazamento, entrada
de oxigênio e microrganismos indesejáveis. As
garrafas foram vedadas com fita plástica
adesiva. Após o engarrafamento, o vinho foi
pasteurizado em banho-maria a 65 ºC por 30
min, depois resfriado e conservado em garrafas
para envelhecimento.
Planejamento fatorial
O planejamento experimental fatorial
desse trabalho foi elaborado para a produção do
fermentado da fruta integral, onde foram
especificados os níveis das variáveis de entrada
em dois, que foram: ºBrix e a concentração
inicial de levedura, realizando-se sete
experimentos, sendo 4 experimentos distintos e
3 no ponto central. As variáveis respostas
foram: % de conversão e produtividade.
O % de conversão, a produtividade g
(L.h)-1, o rendimento em relação ao produto
(YP/S) e a velocidade específica máxima de
crescimento do microrganismo (máx) para a
produção do vinho do fruta integral, foram
calculados a partir das Equações 1, 2, 3 e 4,
respectivamente.
%conversão do vinho =
Q EXP
x 100
Q TEO
Produtivid ade do vinho 
YP S 

P
So  Sf
1 dx
X dt
em que:
Q EXP
t
1
2
3
4
Lopes et al.
QEXP - Concentração de etanol experimental
QTEO - Concentração de etanol máxima teórica
(estequiométrica)
t - Tempo de fermentação, h
P - Etanol produzido, g L-1
So - Concentração inicial de sacarose, g L-1
Sf - Concentração final de sacarose, g L-1
µ - Velocidade específica de crescimento de
microganismos, h-1
X – Concentração do microrganismos, g L-1
Análises realizadas durante a fermentação
alcoólica
Durante a fermentação alcoólica do vinho
da fruta da palma forrageira, foram realizadas
análises em períodos de 3 h até o final da
fermentação com uma concentração de sacarose
(g L-1), correlação com o ºBrix, concentração de
biomassa (g L-1), concentração de ácidos totais
g (100 mL)-1, pH e concentração de etanol
(v v-1).
A análise da concentração de açúcares foi
realizada através de um areômetro, na
determinação da concentração de etanol, foi
utilizado o ebuliomêtro, a concentração de
células foi determinada pelo método
gravimétrico, o pH por um pHmetro digital e à
análise da acidez total foi utilizado o método da
titulação volumétrica de neutralização.
A análise de determinação do metanol no
vinho da fruta integral da palma forrageira foi
feita através de cromatografia gasosa.
Estudo dos efeitos do ºBrix e da concentração
de levedura sobre o % de conversão e
produtividade para a produção de fermentado
da fruta integral
Com o planejamento fatorial, verificouse a influência das duas variáveis de entrada
(concentração de levedura e do oBrix) sobre os
valores das variáveis resposta (% de conversão
e produtividade) do processo, buscando definir
as faixas ótimas de operação do processo, ou
seja, faixas que maximizem as respostas. Na
Tabela 1, encontram-se os níveis das variáveis
de entrada reais e codificadas (0Brix e
Concentração de Levedura). Na Tabela 2, está
a matriz de planejamento com as respostas (%
de conversão e produtividade), as quais foram
obtidas a partir dos experimentos realizados
com as combinações dos níveis estudados.
Tabela 1 – Níveis reais e codificados das
variáveis de entrada
Variáveis
Nível -1
Nível 0 Nível +1
0
Brix
8
11
14
CLev.
5
15
25
Tabela 2 - Matriz do planejamento fatorial 22 e
dados experimentais do % de conversão e da
produtividade para os ensaios do fermentado da
fruta integral
Ensaio
s
C
(ºBrix)
CLev
(g L-1)
C
(%)
P
g (L h)-1
1
-1
-1
81,3
0,67
2
+1
-1
69,1
2,28
3
-1
+1
87,8
2,90
4
+1
+1
44,9
5,89
5
0
0
80,0
1,90
6
0
0
78,0
2,63
7
0
0
72,2
2,18
C - concentração de ºBrix; CLev - concentração
de levedura; C (%) – conversão; P produtividade
As Equações 5 e 6 representam os
modelos empíricos codificados da regressão
linear dos dados experimentais ajustados
para % de conversão e a produtividade (g/L.h)
do
fermentado
do
fruta
integral,
respectivamente.
% conversão = 73,28 – 13,72B – 4,45L – 7,7BL
(5)
Produtividade = 2,63 + 1,15B+ 1,46L + 0,35BL
(6)
Onde B e L representam concentrações de ºBrix
e levedura (g L-1), respectivamente.
Os parâmetros em negrito são os
estatisticamente significativos ao nível de 95%
de confiança.
Lopes et al.
29
Na Tabela 3 encontram-se os
parâmetros das análises de variância
(coeficiente de variação explicada R2 e teste F)
para o ajuste do modelo linear com 4
parâmetros,
para % de conversão e
produtividade g (L h)-1. Observa-se que os
modelos do % de conversão e produtividade
descritos nas Equações 5 e 6 são,
estatisticamente, significativos, pois os
coeficientes de variação explicada (R2) são
satisfatórios e a razão de Fcalculado por
Ftabelado está acima de 1, para um nível de
confiança de 95%, indicando que o modelo é,
estatisticamente, significativo (Barros Neto et
al., 2001). Assim, pode-se construir as
superfícies de resposta para análises das faixas
ótimas de operação das variáveis de entrada que
maximizem as respostas em estudo.
Tabela 3 – Parâmetros da análise de variância
para % de conversão e produtividade g (L h)-1
Produtividade
Parâmetros
% conversão
g (L h)-1
2
R
93,0
93,0
Teste F
12,53
12,86
Fcalculado/Ftabelado
3,5
3,7
Na Figura 1, estão as superfícies de
resposta, mostrando os efeitos das variáveis:
ºBrix e concentração de levedura sobre o % de
conversão e a produtividade do fermentado da
fruta integral, respectivamente. Pode-se
observar na Figura 1A, que, com a diminuição
do ºBrix e dos valores médios de concentração
de leveduras, o % de conversão da fermentação
aumenta, chegando a um valor máximo de 90%.
Verifica-se que a influência do ºBrix é bem
maior que a da concentração inicial de
leveduras na resposta. Operando-se com ºBrix
fixado em 8 e concentração de leveduras = 15
(ponto central), obtém-se % de conversão de 90.
Na Figura 1B, verifica-se que as duas
variáveis de entrada (ºBrix e concentração
inicial de leveduras) influenciam na resposta
(produtividade). Observa-se que, com o aumento do ºBrix e da concentração de leveduras,
aumenta-se a produtividade do processo,
chegando a valor máximo de 6,0 g (L h)-1.
30
Lopes et al.
A
B
Figura 1 - Superfície de resposta: variação de % conversão (A) e produtividade (B) em função das
concentrações de ºBrix e levedura para o fermentado da fruta integral
Avaliação dos
fermentação
parâmetros
cinéticos
da
O cálculo dos parâmetros cinéticos e a
avaliação deles são importantes, uma vez que
podem servir para futuro estudo de modelagem
e simulação por computador do processo. Os
valores dos parâmetros cinéticos para os
vinhos do fruto integral do rendimento de
produto em relação ao substrato (YP/S) e
velocidade específica máxima (máx) foram
calculados, utilizando-se as Equações 3 e 4.
Na Tabela 4, encontram-se os
resultados do % de conversão, produtividade e
os parâmetros cinéticos da fermentação:
rendimento em relação ao produto YP/S e µmáx
para o vinho do fruto integral e dados
semelhantes da literatura para efeitos de
comparação.
Tabela 4 – Dados referentes às médias dos
parâmetros: % conversão, produtividade g (L
h)-1, YP/S e máx para o vinho do fruto integral
comparados a literatura
Parâmetros
Conversão
Média dos
Parâmetros
73,29
Valores
Literatura
38,65 – 47,23
Lopes et al.
31
fermentado foi de 1,4 mg (100mL)-1, que não
representa nem 1% do máximo permitido pela
legislação. Sendo assim, o valor da
concentração de metanol encontra-se bem
abaixo do máximo permitido pela legislação
brasileira, ou seja, abaixo da concentração
considerada como tóxica, indicando que a
metodologia utilizada para retirada da pectina
foi bem conduzida, uma vez que o metanol
presente no vinho é produzido na fermentação
alcoólica, através da degradação da pectina. O
ministério da Agricultura – Portaria nº 84 de 25
de Abril de 1989, citado por Rizzon et al.
(2003), afirma que a concentração máxima de
metanol permitida nos vinhos de mesa é de 35
mg (100mL)-1 da bebida.
Ao término da fermentação os
resultados finais médios dos sete experimentos
obtidos para pH, açúcares finais, acidez total e
concentração de etanol foram de 3,31; 21,9
g.L-1; 0,45 g (100mL)-1 e 6,05% (v v-1),
respectivamente, valores dentro do estabelecido
pela legislação brasileira acerca de vinho suave
de mesa (Rizzon et al., 2003). O fermentado da
fruta da palma apresentou cor límpida e odor
característico da fruta.
CONCLUSÕES
a
Produtividade
2,6
0,74 – 2,0 b
YP/S
0,39
0,323a - 0,44 c
0,16
0,19 h-1 d
máx
Fonte: aTorres Neto et al. (2003); bBertolini et
al. (2001); cAndrietta e Stupiello (1990); dSilva
(1998)
Observa-se, Tabela 4, que o % de
conversão (73,29) e a produtividade (2,6 g (L
h)-1), valores médios dos sete experimentos de
cinética, apresentam, em geral, valores acima
das faixas encontradas na literatura.
O parâmetro cinético (YP/S) tem um
valor dentro da faixa encontrada na literatura, o
(µmáx) calculado apresenta um valor abaixo do
encontrado na literatura, mas relativamente
próximo.
Em termos gerais, pode-se considerar
que os dados experimentais dos parâmetros
cinéticos, do % conversão e produtividade são
satisfatórios, visto que, em determinadas
comparações, os valores estão acima dos
encontrados na literatura, o que indica uma
conversão e produtividade maior do que em
outros estudos realizados.
Por análise de cromatografia gasosa,
verificou-se que a concentração de metanol no
os resultados encontrados permitiram
concluir que:
 A produção dos vinhos do fruto integral
é, tecnicamente, viável, podendo
minimizar o desperdício do fruto de
uma maneira geral, apresentando altos
rendimentos no aproveitamento do
fruto.
 As cinéticas fermentativas apresentaram boas conversões de substrato em
etanol.
 Ocorreram melhores resultados de %
de conversão e produtividade para
maiores concentrações de levedura,
alcançando valores máximos de 90% e
6,0 g (L h)-1, respectivamente.
Andrieta, S.R.; Stupiello, J.P. Simulação e
modelagem
para
processo
de
fermentação alcoólica (II) contínua.
Revista Stab Açúcar, Álcool e
Subprodutos, Piracicaba, v.9, n.2, p.4551, 1990.
32
Barros Neto, B.; Scarmínio, J.S.; Bruns, R.E.
Como fazer experimentos. Editora
Unicamp, Campinas, São Paulo, 2001, 401p.
Borenstein, B. The role of ascorbic acid in
foods. Food Technology, Chicago, v.4,
n.11, p.98-99, 1987.
Bortolini, F; Sant´Anna, E.S.; Torres, R.C.
Comportamento das fermentações alcoólica
e acética de sucos de kiwi (Actinidia
deliciosa); Composição dos mostos e
métodos de fermentação acética. Ciências e
Tecnologia dos Alimentos, Campinas, v.21,
n.2, p.236-246, 2001.
Brasil, Lei nº 7678 de 08 de outubro de 1988.
Dispõe sobre a produção, circulação e
comercialização do vinho e derivados da
uva e do vinho, e dá outras providências.
Brasília: Ministério da Agricultura e do
Abastecimento.
Brasil, Decreto nº 2314, 4 de setembro de 1997,
Dispõe sobre o registro, classificação,
padronização, controle, inspeção e
fiscalização de bebidas. Diário Oficial da
União. Brasilia.
Corazza, M.L.; Rodrigues, D.G.; Nozaki, J.
Preparação e caracterização do vinho de
laranja. Química Nova, São Paulo, v.24,
n.4, p.449-452, 2001.
Dias, D.R. Elaboração de bebida alcoólica
fermentada a partir de mostos de cajá
(Spondias mombin) e cacau (Theobroma
cacao). Lavras: UFLA, 2001. 130p.
(Dissertação de Mestrado).
Lopes et al.
Lira, M.A.; Farias, I.; Santos, M.V.F.; Filho,
J.J.T. Introdução, geração e avaliação de
clones de palma forrageira (Opuntia ficusindica Mill). In: Simpósio Nordestino de
Alimentação de Ruminantes. 1989, Natal,
Anais... Natal: EMPARN, 1989, p.241.
Lopes, R.V.V. Estudo cinético da produção
de vinho do fruto da palma forrageira
(Opuntia ficus-indica Mill). Campina
Grande:
UFCG/DEQ,
2005.
95p.
Rizzon, L.A.; Zanuz, M.C.; Manfredini, S.
Como elaborar vinho de qualidade na
pequena propriedade (Embrapa Uva e
Vinho). Documentos, 12, Bento Gonçalves,
p.34, 2003.
Silva, F.L.H. Modelagem, simulação e
controle de fermentação alcoólica
contínua
extrativa.
Campinas:
UNICAMP/FEA, 1998. 162. (Tese de
Doutorado).
Silva, M.E da. Estudos cinéticos da
fermentação alcoólica para produção de
vinho e fermentação acética para
produção de vinagre de vinho de caju.
Campina Grande: UFCG/DEQ, 2004. 178p.
Torres Neto, A.B.; Silva, A.R.; Medeiros, C.D.;
Meneses, J.M.; Silva, W.B.; Silva, F.L.H.;
In: INIC Encontro de Iniciação Científica,
7, 2003, São José dos Campos. Anais... São
José dos Campos: UNIVAP, 2003. v.1, CD
Rom.
ISSN 1517-8595
33
UTILIZAÇÃO DE MEMBRANAS PLANAS NA CONCENTRAÇÃO DE ENZIMAS
BROMELINAS DA POLPA DE ABACAXI (Ananas comosos L. )
Francisco Luiz Gumes Lopes1, João Baptista Severo Júnior2, José Carlos Curvelo
Santana1, Roberto Rodrigues de Souza3, Elias Basile Tambourgi4
RESUMO
O Brasil é um dos grandes produtores mundiais de abacaxi (Ananas comosos), sobretudo das
espécies Pérola e Smooth Caienne. Estes são fontes da enzima proteolítica bromelina (EC
3.4.22.5), um produto de alto valor comercial, que não é produzido no país. A bromelina é uma
hidrolase encontrada em todas as espécies do gênero Bromeliaceae, com massa molar próxima
de 31 kDa, muito utilizada pela indústria de alimentos, pela medicina e também em
procedimentos técnicos de análises clínicas laboratoriais. O processo de separação por
membrana é uma alternativa entre os processos de separação existentes para recuperar,
concentrar e até purificar macromoléculas. O trabalho objetivou recuperar a enzima bromelina
obtida a partir do abacaxi utilizando processos de separação por membranas planas. Os
resultados mostraram que nas menores pressões transmembrana há uma menor perda da
atividade enzimática da bromelina, indicando que a melhor pressão para ser utilizada neste
processo é a 0,05 Kgf/cm2. Conclui-se que é possível recuperar a enzima bromelina através da
utilização de membranas, tendo como conseqüência uma agregação de valor ao produto, bem
como foi possível identificar condições operacionais que minimizem e até mesmo eliminem a
perda da atividade da enzima em estudo.
Palavras chave: Ananas comosos, bromelina, atividade enzimática, membranas planas.
UTILIZATION OF PLAIN MEMBRANES IN BROMELINS ENZYMES CONCENTRATION
FROM PINEAPPLE (Ananas comosos) PULP
ABSTRACT
Brazil is a great pineapple world-wide producer (Ananas comosus), mainly of Pérola and
Smooth cayenne species. These are sources of the bromelin enzyme (EC 3.4.22.5), a valuable
product, that isn’t manufactured in this country. Bromelian is a hydrolase found in all the
species of generic bromeliaceae, with molar mass of 31 kDa, much utilized by food industry,
medicine and in laboratory clinic analyses. Membrane separation process is an alternative
among other separation process, recovering and purifying, macromolecules. The work aimed to
recover the pineapple bromelin enzyme by plain membrane separation process. The results
showed there is a low loss of the enzymatic activity of bromelin enzyme in low pressures, it
introduces that the best pressure to be used in utilizing this process is 0,05 Kgf/cm2. We
conclude that is possible to recover the bromelin enzyme through the plain membrane,
aggregating value to the product, beyond of it was possible to identify the operation conditions
that reduce and until eliminate the loss of enzymatic activity of the studied enzyme.
Keywords: Ananas comosos, bromelian, enzymatic activity, plain membranes.
___________________________________
Protocolo 728 de 23/05/2004
1
Doutorandos em Engenharia Química Departamento de Engenharia e Sistemas Químicos da FEQ / UNICAMP – E-mail:
[email protected] .
1
Graduando em Engenharia Química pelo Departamento de Engenharia Química do CCET/ UFS.
1
Professor do Departamento de Engenharia Química do CCET/ UFS, Cid. Universitária “Prof. Aloísio de Campos”, S/N, Rosa Elze, São
Cristóvão – SE, CEP: 49100-000 – Tel: 79-212-6687 - E-mail: [email protected]
1
Professor do Departamento de Engenharia e Sistemas Químicos da FEQ / UNICAMP, Cid. Universitária “Zeferino Vaz”, Rua Albert
Einstein, S/N, Barão Geraldo, Campinas – SP, Caixa Postal: 6066, 13081-970, Tel: 0xx13 3788 3900.
34
Utilização de membranas planas na concentração de enzimas bromelinas da polpa de abacaxi
INTRODUÇÃO
O Brasil é um dos grandes produtores
mundiais de abacaxi (Ananas comosos),
sobretudo das espécies Pérola e Smooth
Caienne. O abacaxi fruto é a parte comercializável da planta, sendo a polpa em calda e o
suco pasteurizado os principais produtos
industrializados. No Estado de Sergipe, a
abacaxicultura tem sido uma alternativa para a
agricultura regional, tradicionalmente, voltada
para o cultivo de mandioca, milho e feijão.
O abacaxi é fonte da enzima proteolítica
bromelina, um produto de alto valor comercial,
que não é produzido no Brasil. Esta é
encontrada no fruto, no talo, no caule, nas
folhas e nas raízes do abacaxizeiro e, em todas
as espécies do gênero Bromeliaceae, com massa
molar próxima de 31 kDa (Martins et al., 1992).
No talo, tem-se uma enzima sulfidrílica que
recebe o nome de bromelina do talo e tem o
número sistemático EC 3.4.22.4, enquanto que,
no fruto tem-se uma proteína ácida que é
chamada de bromelina do fruto ou,
simplesmente, bromelina, com o número
sistemático EC 3.4.22.5 (César, 2000;
Bertevelo, 2001).
A bromelina não está presente nos
primeiros estágios de desenvolvimento do fruto,
porém, seu nível aumenta, rapidamente,
mantendo-se elevado até o amadurecimento,
onde tem um pequeno decréscimo. Esta é uma
das vantagens da utilização das proteases do
abacaxi em comparação com outras proteases
vegetais. O abacaxi é o único fruto que possui
concentrações,
relativamente,
altas
de
proteases, no estado maduro (César, 2000;
Bertevelo, 2001).
A bromelina é utilizada na indústria de
alimentos, na indústria cervejeira, na medicina,
na indústria farmacêutica brasileira e, também,
no uso em procedimentos técnicos de análises
clínico-laboratoriais (César, 2000; Freiman &
Srursabaa, 1999; Freiman & Srursabaa, 1996).
O processo de separação, utilizando
membranas, é uma alternativa aos processos de
separação existentes, que vem sendo muito
difundido, nos últimos anos. Uma membrana
pode ser definida como uma barreira que separa
duas fases e que restringe total ou parcialmente
o transporte de uma ou várias espécies químicas
presentes na fase. A membrana controla a taxa
de transporte relativo de várias espécies e, como
toda separação, fornece um produto menos
concentrado de certos componentes e um outro
Lopes et al.
produto mais concentrado nestes componentes
(Cheryan, 1986; Noble & Way, 1993).
A filtração tangencial ocorre, quando o
fluxo da suspensão ou solução alimentada for
paralelo à membrana e perpendicular ao fluxo
de permeado. Dessa forma, a espessura da
camada depositada não aumenta indefinidamente, devido às tensões de corte originadas
pelo fluxo tangencial à superfície da membrana,
atingindo-se um estado estacionário que
permite uma operação em contínuo. Os
processos que envolvem filtração tangencial são
usados para recuperar. concentrar ou purificar
soluções. Um dos principais módulos de
membranas mais utilizadas em filtração
tangencial é o módulo de membranas planas de
placas e quadros (Santos, 1996).
O trabalho objetivou recuperar a enzima
bromelina obtida, a partir da polpa do
abacaxizeiro, utilizando processos de separação
por membranas planas, avaliando as melhores
condições operacionais que resultem em
maiores valores de proteína total e de atividade,
contribuindo para agregação de valor para este
produto agrícola.
Obtenção da Enzima
A enzima foi obtida, a partir do suco
concentrado da polpa do abacaxi (Ananas
comosos), preparado em condições de pressão e
temperatura ambiente, depois de realizada uma
filtração inicial, utilizando-se uma camada de
algodão para retenção de sólidos dispersos, e
em seguida, o pH do meio foi ajustado para 7,5
com tampão fosfato.
Preparo das Soluções Tampão
Foram preparados tampões fosfato 1
mol/L, a partir de soluções de estoque de fosfato
monobásico de potássio e fosfato dibásico de
sódio, conforme descrito por Morita &
Assumpção (1986).
Determinação da Concentração de Proteína
Total
A determinação da concentração de
proteína total no permeado e no concentrado foi
realizada através do método de Bradford
(1976).
Lopes et al.
35
dos poros igual a 0,1 m. As pressões utilizadas
foram 0,05; 0,10 e 0,15 kgf/cm2.
Determinação da Atividade Enzimática
Foram realizadas análises, tanto no
permeado quanto no concentrado, pelo método
descrito por Murachi (1976) e Baldini (1993),
através da hidrólise enzimática da caseína a
1,2% (p/v) pH 7,5, com leitura de absorbância a
280 nm a 35o C durante 10 minutos, seguindose de precipitação do substrato não hidrolisado
com solução de ácido tricloroacético (TCA).
Fluxo do Permeado
No processo de separação por membrana,
temos, ao longo do tempo, a formação de uma
camada limite sobre a superfície da membrana
que dificulta a transferência do produto que se
deseja separar. Na Figura 1, pode-se observar
que todos os fluxos tiveram o mesmo
comportamento, que estão em consonância com
a literatura (Cheryan, 1993; Noble & Way,
1986; Santos, 1996). Para a maior pressão,
observa-se que há um maior fluxo inicial,
tornando o processo mais rápido, enquanto que
para o menor valor da pressão transmembrana,
observa-se um menor fluxo e um maior tempo
de operação. Estas diferenças afetam a
característica do produto de modo que se deve
compatibilizar as condições operacionais com
as do produto que se deseja recuperar (Santos,
1996).
Sistema de Membrana
Foram utilizados módulos de membranas
constituídos por suportes planos, comportando
uma folha de membrana em cada um dos lados
e espaçadores colocados, alternadamente, entre
os suportes, com o fluxo de alimentação
circulando, tangencialmente, à superfície da
membrana.
O fluxo de permeado circulou entre os
espaçadores e recolhido em canais apropriados,
foram realizados experimentos de microfiltração da enzima bromelina utilizando membranas
de polivinila com área de 0,0225 m2 e tamanho
120
2
Fluxo de Permeado (L/h.m )
100
2
0,15 kgf/cm
2
0,10 kgf/cm
2
0,05 kgf/cm
80
60
40
20
0
0
40
80
120
160
200
240
Tempo (min)
Figura 1 – Fluxo do Permeado versus Tempo
Proteína Total
O acompanhamento desta variável,
durante todo o processo de recuperação da
enzima bromelina deve-se ao fato de podermos
verificar como estar ocorrendo a transferência
da enzima do concentrado para o permeado em
função do tempo de operação e das condições
operacionais, conforme mostra as Figuras 2 a 4.
Analisando-se as Figuras 2, 3 e 4 pode-se
concluir que, independentemente, da pressão
transmembrana, a concentração de proteína
total, no permeado, ao final do processo, não
varia tanto, uma vez que esta variável é a força
motriz do fenômeno de transferência neste
processo. Assim, a conseqüência principal se
reflete no tempo de operação do processo e
36
Lopes et al.
conseqüentemente na viabilidade econômica
(Cheryan, 1993; Santos, 1996).
240
Concentração (mg/L)
200
160
120
80
40
Permeado
Concentrado
0
0
40
80
120
160
200
240
Tempo (minutos)
Figura 2 – Concentração de Proteína Total versus Tempo (Vazão = 5,48 L/h ; Pressão Transmembrana = 0,05 kgf/cm2)
240
200
160
120
80
40
Permeado
Concentrado
0
0
40
80
120
160
200
240
Tempo (minutos)
Lopes et al.
37
240
200
160
120
80
40
Permeado
Concentrado
0
0
40
80
120
160
200
240
Tempo (minutos)
Atividade Enzimática
Esta é a principal variável a ser avaliada,
uma vez que, no caso de enzimas, não adianta
ter elevadas eficiências de separação, se o
produto obtido não tiver atividade, ou seja, se o
produto perder sua função catalítica (Murachi,
1976). Na Tabela 1, pode-se observar que a
maior atividade enzimática por unidade de
volume
foi
obtida para
a
pressão
transmembrana de 0,10 Kgf/cm2, entretanto esta
variável por si só não permite avaliar o grau de
separação obtido. Para se ter um indicador do
grau de separação, utiliza-se a atividade
enzimática específica que consiste na razão
entre a atividade e a concentração de proteína
no final do processo.
Assim, por esta análise, tem-se que o
grau de separação para a menor pressão
transmembrana é de 30 vezes, enquanto que
para a intermediária e a maior são de 4 e 0,06
vezes, respectivamente. Isto mostra que mesmo
ocorrendo elevada transferência de proteína
total, não significa que houve a recuperação da
proteína específica, neste caso a bromelina.
Os valores obtidos para os fluxos de
permeado, assim como para a proteína total e a
atividade enzimática estão em consonância com
a literatura, mostrando ser possível a
recuperação e até mesmo a purificação da
enzima bromelina obtida do abacaxi (Ananas
comosos) (Bertevelo, 2001; Freiman &
Srursabaa, 1999, Freiman & Srursabaa, 1996).
Tabela 1 – Atividade enzimática da Bromelina
Pressão
Atividade Enzimática (U/mL)
Transmembranar
Concentrado
Concentrado
Permeado
(Kgf/cm2)
Inicial
Final
Final
0,05
6,134
1,447
12,380
0,10
4,773
3,558
6,045
0,15
3,934
3,153
0,203
CONCLUSÃO
Neste estudo, pode-se concluir que a
menor pressão transmembranar resultou num
maior grau de separação, mostrando que, no
caso de macromoléculas, deve-se operar com
condições operacionais que não descaracterizem a molécula de interesse.
No sistema de membrana plana, tem-se
o efeito da perda de carga muito mais elevado
Permeado
Global
2,373
6,277
2,112
o que contribui para que a pressão não seja
elevada evitando a desnaturação da enzima
durante o processo de separação.
REFERÊNCIA S BIBLIOGRÁFICAS
Baldini, V. L. S. et al. Ocorrência da
bromelina e cultivares de abacaxizeiro.
38
Colet. ITAL, v. 23, n.1, p. 44-55,
Campinas, 1993.
Bertevelo, L. A. Estudo do processo de
recuperação e separação de bromelina
utilizando sistema de duas fases aquosas
em micro-coluna de extração. Tese de
Doutorado.
Campinas,
SP,
Brasil
,FEQ/UNICAMP, 2001.
Bradford, M. M. A rapid and sensitive method
for the quantitation of microgram quantities
of protein. Utilizing the principle of
protein-dye binding. Anal. Biochem. 72.
248-254, 1976.
Cesar, A. C. W. Otimização dos parâmetros
de extração líquido-líquido em duas fases
aquosas na recuperação da bromelina
presente no abacaxi. Dissertação de
Mestrado.
Campinas,
SP,
Brasil,
FEQ/UNICAMP, 2000.
Cheryan, M. Ultrafiltration
Lancaster,
Technomic
Company, Inc. 1986.
Handbook,
Publishing
Freiman, L. O. & Srursabaa, A. U. O.
Determinação de proteína total e escore de
aminoácidos de bromelinas extraídas dos
resíduos do abacaxizeiro. Ciência e
Tecnologia de Alimentos, vol. 19, n. 2,
1999.
Freiman, L. O. & Srursabaa, A. U. O.
Aproveitamento
dos
resíduos
da
Lopes et al.
agroindústria do abacaxi (Ananas comosus
(L) Merril) para a produção de bromelina.
Ciência e Tecnologia de Alimentos, vol.
16, n. 3, pg 246-249, 1996.
Martins, Z. J. de et al. Processamento:
produtos e subprodutos, características e
utilização. In Instituto de Tecnologia de
Alimentos. Abacaxi, cultura, matéria
prima, processamento e aspectos
econômicos. 2 ed. Campinas ITAL. pp. 165
a 219 (Série Frutas Tropicais no 2), 1992.
Morita, T. & Assumpção, R. M. V. (Eds.).
Manual de Soluções, Reagentes e
Solventes.
Padronização–Preparação–
Purificação. Edgard Blücher Ltda, 2ª ed.,
São Paulo – SP, Brasil, 1986.
Murachi, T. Bromelain enzyme. In: LORAND,
L: Methods in Enzymology, v. XLV, p.
475-585, New York, Academic Press,
1976.
Noble, R. D. & Way, J. D. Description of
facilitated transport and enviromental
applications. Membrane processes in
separation and purification. London,
Kluwer Academic Publishers. 1993. (Nato
ASI Series, v. 272).
Santos, J. A. L. Estudo de separação de uma
proteína recombinante por processos de
membranas, Tese de Doutorado. Lisboa,
Universidade Técnica de Lisboa – Instituto
Superior Técnico, 1996.
ISSN 1517-8595
39
OBTENÇÃO E MODELAGEM DAS ISOTERMAS DE DESSORÇÃO E DO CALOR
ISOSTÉRICO DE DESSORÇÃO PARA GRÃOS DE TRIGO
Paulo Cesar Corrêa1, André Luís Duarte Goneli 2, Osvaldo Resende3,
Deise Menezes Ribeiro4
RESUMO
O objetivo do presente trabalho foi determinar as isotermas de dessorção dos grãos de trigo de
uma variedade brasileira para diversas condições de temperatura e umidade relativa do ar e
ajustar diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais, bem como determinar os
valores do calor isostérico de dessorção. Para obtenção do teor de água de equilíbrio
higroscópico dos grãos de trigo foi utilizado o método dinâmico. As condições de temperatura e
umidade relativa do ar foram fornecidas por uma unidade condicionadora de atmosfera, na qual
foram colocadas bandejas removíveis com fundo telado para permitir a passagem do ar através
da massa de grãos, contendo inicialmente cada uma, 50 g de produto. Foram ajustados aos
dados experimentais os modelos matemáticos freqüentemente utilizados para representação da
higroscopicidade dos produtos agrícolas. O cálculo do calor isostérico líquido de dessorção foi
realizado baseando-se na relação termodinâmica de Clausius Clapeyron, em função do
logaritmo neperiano da atividade de água pelo inverso da temperatura absoluta. Para o cálculo
do calor isostérico integral de dessorção, acrescentou-se o valor do calor latente de vaporização
da água livre aos valores do calor isostérico líquido de dessorção. Com base nos resultados
obtidos, conclui-se que o teor de água de equilíbrio do trigo decresce com o aumento de
temperatura, para uma mesma umidade relativa, seguindo a tendência da maioria dos produtos
agrícolas já estudados. Baseando-se em parâmetros estatísticos, o modelo proposto por ChungPfost é o que melhor representa a higroscopicidade do trigo, quando comparado aos modelos
tradicionalmente utilizados para descrição do fenômeno. Os valores do calor isostérico integral
de dessorção, para os grão de trigo na faixa de umidade de 12 a 19% b.s., variaram de 3735 a
2683 kJ.kg-1.
Palavras chave: trigo, higroscopicidade, calor isostérico de dessorção, modelos matemáticos.
OBTAINMENT AND MODELS OF THE ISOTHERMS OF THE DESORPTION
AND DESORPTION ISOTERIC HEAT TO WHEAT GRAINS
ABSTRACT
The objectives of this work were to determine the desorption isotherms of a Brazilian wheat
grains under different temperature and air relative humidity, to adjust different mathematical
models to the experimental data, and to determine the values of the desorption isoteric heat. The
dynamic method was used to obtain the Hhygroscopic Equilibrium Moisture Content of the
wheat grain. The temperatures and relative humidities were established through a climatic
chamber in 50 g of grain sample was put on each removable tray with wire screens in the
bottom in order to permit the air passing through the grains. Mathematics models generally
used to represent the agricultural products hygroscopicity were adjusted to experimental data.
The calculation of the isosteric net desorption heat was accomplished basing on Clausius
Chaperon’s thermodynamic relationship, in function of the neperiano logarithm of the activity
of water for the inverse of the temperature absolute. For the calculation of the desorption
integral isosteric heat, it was increased the value of the latent heat of vaporization of the free
2
Doutorando em Engenharia Agrícola, Bolsista CNPq, Universidade Federal de Viçosa, UFV, MG, e-mail: [email protected]
1
Prof. Adjunto, Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, UFV, Viçosa, MG, telefone: 31 3891 2270, e-mail:
[email protected]
3
Doutorando em Engenharia Agrícola, Bolsista CAPES, Universidade Federal de Viçosa, UFV, MG, e-mail: [email protected]
4
Doutorando em Engenharia Agrícola, Bolsista CNPq, Universidade Federal de Viçosa, UFV, MG, e-mail: [email protected]
40
Obtenção e modelagem das isotermas de dessorção e do calor isostérico de dessorção para grãos de trigo
Corrêa et al.
water to the values of the desorption net isosteric heat. Based on the results, it can be concluded
that the wheat moisture content decreases with the temperature increase at the same relative
humidity following the trend of the majority of the studied agricultural products up to now.
Based on statistical parameters, the Chung-Pfost’s model is the best representing of the wheat
hygroscopicity when it’s compared with another traditionally models used to describe the
phenomenon. The values of the desorption integral isosteric heat varied from 3735 to 2683
kJ.kg-1, for the wheat grains at water content from 12 to 19% b.s.
Keywords: wheat grain, higroscopicity, desorption isosteric heat, mathematical models.
INTRODUÇÃO
O trigo é um produto de origem asiática
que apresenta ampla importância comercial,
além de ser utilizado como matéria-prima para
a fabricação de uma extensa gama de produtos
alimentícios industrializados. Para estabelecer o
teor de água do produto máximo para inibir o
crescimento microbiano e, possivelmente, a
produção
de
micotoxinas,
durante
a
armazenagem, é essencial o conhecimento das
isotermas de equilíbrio higroscópico do
produto. Todos os produtos agrícolas têm a
capacidade de ceder ou absorver água do
ambiente, convergindo, constantemente, a uma
relação de equilíbrio entre o seu teor de água e
as condições do ar ambiente.
O teor de água de equilíbrio é alcançado,
quando a pressão parcial de vapor de água no
produto iguala-se à do ar que o envolve. A
relação entre o teor de água de um determinado
produto e a umidade relativa de equilíbrio, ou
atividade de água, para uma temperatura
específica, pode ser expressa por equações
matemáticas, que são denominadas isotermas
ou curvas de equilíbrio higroscópico.
O comportamento higroscópico de
diversos produtos agrícolas tem sido estudado
por vários pesquisadores, que descrevem
modelos diferenciados para expressar o teor de
água de equilíbrio em função da temperatura e
umidade relativa do ar. Entretanto, para o
estabelecimento de isotermas que representam
essa relação de equilíbrio são utilizados
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.
Atualmente, na literatura, existem mais de 200
equações propostas para representar o
fenômeno de equilíbrio higroscópico dos
produtos agrícolas. Estes modelos diferem na
sua base teórica ou empírica e na quantidade de
parâmetros envolvidos (Mulet et al., 2002).
Para Hall (1980), as curvas de equilíbrio
higroscópico são importantes para definir
limites de desidratação do produto, estimar as
mudanças do teor de água sob determinada
condição de temperatura e umidade relativa do
ambiente e para definir os teores de água
adequados ao início de atividade de
microrganismos que podem provocar a
deterioração do produto. Além disso, através
das isotermas de equilíbrio higroscópico,
podemos determinar o requerimento de energia
necessário
ao
processo
de
secagem,
representado pelos valores do calor isostérico
de sorção.
Segundo Wang e Brennan (1991), para
remover o teor de água associada a um material
higroscópico, a energia necessária é maior do
que a utilizada para vaporizar igual quantidade
de água livre, nas mesmas condições de pressão
e temperatura. Esse adicional de energia, em
virtude das forças de ligação entre a água e a
superfície da substância adsorvente, é
denominado calor isostérico de dessorção nos
processos de secagem, constituindo-se em um
bom parâmetro para se estimar a quantidade
mínima de calor requerida para remover uma
quantidade de água do produto.
De acordo com Mulet et al., (1999), o
teor de água em que o calor isostérico de sorção
é quase idêntico ao calor latente de vaporização
da água livre, é, geralmente, considerado como
um indicador do conteúdo de água livre no
produto. Segundo Wang & Brennan (1991), o
conhecimento do calor isostérico em função do
teor de água de equilíbrio, é essencial nos
estudos de secagem e armazenamento de
produtos agrícolas, servindo para estimar as
necessidades energéticas do processo de
secagem, além de fornecer dados sobre o estado
da água no produto.
Um método largamente usado para se
calcular o calor isostérico de sorção, seja pelo
processo de adsorção ou pelo de dessorção, é
dado pela equação de Clausius-Clayperon
(Iglesias e Chirife, 1976), como mostrado a
seguir:
Corrêa et al.
41
ln(aw) qst
=
T
RT 2
(1)
onde aw é a atividade de água (decimal), T, a
temperatura em absoluto (Kelvin), qst, o calor
isostérico líquido de sorção (kJ.kg-1) e, R,
constante universal dos gazes (8,314 kJ.kmol1
.K-1).
Integrando a Equação (1) e, assumindo
que o calor isostérico líquido de sorção é
independente da temperatura, pode-se encontrar
o calor isostérico líquido de sorção (qst), para
cada teor de água de equilíbrio, conforme a
equação a seguir (Wang e Brennan, 1991):
q
ln(aw) = -  st
 R
 1
.  C
 T
(2)
onde C é uma constante do modelo.
Os valores de atividade de água,
temperatura e teor de água de equilíbrio são
obtidos, a partir das isotermas de dessorção dos
produtos em estudo. O calor isostérico integral
de sorção (Qst), em kJ.kg-1, é obtido,
adicionando-se aos valores de calor isostérico
líquido de sorção (qst), o valor do calor latente
de vaporização da água livre (L) de acordo com
a seguinte equação:
Qst = qst  L  A  exp(-B  U*e )  L
(3)
onde A e b são coeficientes do modelo.
Tendo em vista a importância do
conhecimento da higroscopicidade dos produtos
agrícolas e dos requerimentos de energia
necessários ao processo de secagem, o objetivo
no presente trabalho foi determinar as isotermas
de sorção dos grãos de trigo da variedade
brasileira Aliança para diversas condições de
temperatura e umidade relativa do ar, bem
como utilizá-las para a determinação dos
valores do calor isostérico de dessorção.
O presente trabalho foi realizado no
Laboratório de Propriedades Físicas e
Qualidade de Produtos Agrícolas pertencente ao
Centro Nacional de Treinamento em
Armazenagem (CENTREINAR), localizado na
Universidade Federal de Viçosa.
Para obtenção do teor de água de
equilíbrio higroscópico dos grãos de trigo foi
utilizado o método dinâmico. Foram utilizados
grãos de trigo, cultivar Aliança, com teor de
água inicial de 0,32 b.s. A secagem do produto
em camada delgada foi realizada para diferentes
condições controladas de temperatura (25, 35,
45 e 55°C) e umidade relativa do ar de secagem
(entre 0,30 a 0,85) até que o produto atingisse o
teor de água de equilíbrio com a condição do ar
especificada.
As condições ambientais para realização
dos testes foram fornecidas por meio de uma
unidade condicionadora de atmosfera, de
fabricação da empresa Aminco, modelo
Aminco-Aire 150/300 CFM. Foram colocadas
no interior do equipamento, bandejas
removíveis com fundo telado para permitir a
passagem do ar através da amostra, contém,
inicialmente, cada uma, 50 g de produto. O
fluxo de ar foi monitorado com o auxílio de um
anemômetro de lâminas rotativas e mantido em
torno de 10 m3 min-1 m-2. A temperatura e a
umidade relativa do ar foram monitoradas por
meio de psicrômetro instalado próximo às
bandejas, contendo as amostras.
Durante o processo de secagem, as
bandejas com o produto foram pesadas,
periodicamente, e o equilíbrio higroscópio foi
atingido, quando a variação da massa dos
recipientes permaneceu, aproximadamente,
invariável durante três pesagens consecutivas.
Os teores de água do produto foram
determinados pelo gravimétrico em estufa a
105 ± 3°C, até massa constante, em três
repetições.
Aos dados experimentais do teor de água
de equilíbrio foram ajustados os seguintes
modelos matemáticos:
42
Corrêa et al.
Equação
Sigma-Copace
X e  exp(a  (bT )  [c exp( Aw )]
Sabbah
X e  a( Aw / T C )
Oswin
X e  (a  bT ) /[(1  Aw ) / Aw ]1 / C
Henderson
Xe  [ln(1  Aw ) /(aTabs )]1 / b
Henderson-Modificado
Xe  {ln(1  Aw ) /[a(T  b)]}1 / C
Halsey-Modificado
Xe  [exp( a  bT ) /  ln( Aw)]1 / C
Copace
X e  exp[ a  (bT )  (cAw )]
Chung-Pfost
X e  a  b ln[ (T  c) ln( Aw )]
b
em que,
Ue*
teor: de água de equilíbrio, % b.s.
Aw
T
Tabs
atividade
:
de água, decimal;
temperatura,
:
°C;
temperatura
:
absoluta, K;
a, b, c
coeficientes
:
que dependem do produto.
Os modelos foram selecionados
considerando a significância dos coeficientes
de regressão pelo teste t, adotando nível de 1%
de probabilidade, a magnitude do coeficiente
de determinação ajustado (R2), a magnitude do
erro médio relativo (P) e do erro médio
estimado (SE) e a verificação do
comportamento da distribuição dos resíduos.
Considerou-se o valor do erro médio relativo
inferior a 10% como um dos critérios para
seleção dos modelos, de acordo com
Mohapatra e Rao (2005). O erro médio relativo
e o erro médio estimado, para cada um dos
modelos, foram calculados conforme as
seguintes expressões:
P=
ˆ
100 n  Y - Y

n i =1 Y





(12)


n
2
ˆ
 Y-Y
SE = i =1
GLR
(13)
em que
n
Y
Ŷ
GLR
número
:
de observações experimentais;
valor: observado experimentalmente;
valor: calculado pelo modelo;
graus: de liberdade do modelo.
Os valores do calor isostérico líquido de
dessorção (qst), para cada teor de umidade de
equilíbrio, foram obtidos de acordo com a
Equação (2). Os valores de atividade de água,
temperatura e teor de umidade de equilíbrio
foram obtidos a partir das isotermas de
dessorção dos grãos de trigo, utilizando o
modelo de melhor ajuste aos dados
observados.
Para o cálculo dos valores do calor
isostérico integral de dessorção (Qst), utilizouse a Equação (3). O calor latente de
vaporização da água livre (L), em kJ.kg-1,
necessário ao cálculo de Qst, foi obtido pela
temperatura média (T) na faixa em estudo, em
°C, segundo a seguinte equação:
L = 2502, 2 - 2,39.T
Corrêa et al.
43
Na Tabela 1, estão os parâmetros dos
modelos de equilíbrio higroscópico para o
trigo, obtidos por dessorção, para diferentes
condições de temperatura e umidade relativa
do ar.
(14)
Tabela 1 - Parâmetros dos modelos de equilíbrio higroscópico para o trigo, com seus
respectivos coeficientes de determinação (R2), erros médios estimado (SE) e relativo (P), e
tendência de distribuição dos resíduos.
Modelos
Sigma-copace
Sabbah
Oswin
Henderson
Henderson Modificado
Halsey Modificado
Copace
Chung-Pfost
Parâmetros*
a=
b=
c=
a=
b=
c=
a=
b=
c=
a=
b=
2,09782
0,01420
0,56941
108,42376
0,61752
0,48226
19,08390
- 0,17691
4,42355
1,02056 x10-5
2,14998
a=
b=
c=
a=
b=
c=
a=
b=
c=
a=
b=
3,34838 x10-5
-6,18961
2,60422
10,38992
0,05115
3,52629
2,50713
0,01404
1,05940
24,83477
4,38802
R2
SE
P
Tendência
98,44
0,4484
2,7510
Tendenciosa
97,19
0,6005
3,6295
Aleatória
98,57
0,4281
2,8191
Tendenciosa
77,42
1,6702
10,8952
Tendenciosa
97,95
0,5133
3,1473
Tendenciosa
97,95
0,5135
3,2010
Tendenciosa
98,75
0,4001
2,5455
Aleatória
98,96
0,3663
2,2423
Aleatória
c = -11,25067
* Todos os coeficientes estimados foram significativos a 1% de probabilidade pelo teste t
Observa-se na Tabela 1 que os
modelos matemáticos utilizados para
descrever a higroscopicidade apresentaram
significância dos seus parâmetros de
regressão ao nível de 1% de probabilidade
pelo teste t, elevados valores do coeficiente
de determinação (R2), superiores a 97%, e
reduzidos valores dos erros médio relativo e
estimado. O modelo de Henderson, a
exceção dos demais, não se ajustou,
satisfatoriamente, aos dados experimentais,
apresentando erro médio relativo superior a
10%, o que indica ser inadequado para a
descrição do fenômeno estudado (Özdemir
e Derves, 1999).
44
De acordo com a Figura 1, percebe-se
que apenas os modelos de Sabbah, Copace
e Chung-Pfost apresentaram distribuição
aleatória dos resíduos, indicando ajuste
mais adequado aos dados experimentais.
Dentre estes, o modelo de Chung-Pfost
exibiu maior coeficiente de determinação e
menores valores de erros médios relativo e
estimado, sendo o mais recomendado para
predição do equilíbrio higroscópico dos
grãos de trigo. Sun e Woods (1994)
também observaram que o modelo de
Chung-Pfost foi aquele que melhor se
ajustou aos dados experimentais de
equilíbrio higroscópico para diversas
espécies de trigo.
experimentais do teor de água de equilíbrio
do trigo, obtidos por dessorção, bem como
suas isotermas calculadas pelo modelo de
Chung-Pfost.
Observa-se que para uma umidade
relativa constante os valores de umidade de
equilíbrio diminuíram com o aumento da
temperatura, seguindo a mesma tendência
da maioria dos produtos agrícolas. Assim, a
partir destas isotermas, pode-se manejar,
adequadamente, o produto, visando à
manutenção do seu teor de água nos níveis
recomendados para o armazenamento
seguro. O gráfico das isotermas de sorção
pode ser empregado, também, para definir
as épocas mais adequadas para o
armazenamento do trigo nas diversas regiões do país, levando-se em consideração
dados de temperatura e umidade relativa.
Uma vez tendo sido o mais
recomendado na predição do equilíbrio
higroscópico dos grãos de trigo, o modelo
de Chung-Pfost foi utilizado para o cálculo
dos valores de atividade de água,
necessários para a determinação dos valores
do calor isostérico líquido de dessorção.
Na Figura 3, estão as curvas do
logaritmo neperiano da atividade de água
Corrêa et al.
(decimal), para valores específicos do teor
de água de equilíbrio (% b.s.), em função de
valores do inverso da temperatura absoluta
(Kelvin) para os grãos de trigo.
Os valores do calor isostérico líquido
de dessorção (qst), em kJ.kg-1, para os grãos
de trigo, em função do teor de água de
equilíbrio (% b.s.), foram calculados de
acordo com a Equação 2, representados,
para cada situação, pelas inclinações das
retas mostradas na Figura 3. Para o calor
isostérico integral de dessorção (Qst), em
kJ.kg-1, foram adicionados, aos valores de
qst, o valor do calor latente de vaporização
da água livre (L), que representa a menor
quantidade de energia necessária para
evaporar a água, calculado para temperatura
de 40 °C, resultando em um valor de
2406,60 kJ.kg-1.
do calor isostérico integral de dessorção
(Qst), em kJ.kg-1, em função do teor de água
de equilíbrio (% b.s.), estimados de acordo
com a Equação 3.
De acordo com a Figura 4, observa-se
que, com a redução do teor de água, ocorre
aumento da energia necessária para a
remoção de água do produto, representada
pelos valores do calor isostérico integral de
dessorção (Qst), conforme observado para
diversos produtos agrícolas (Iglesias e
Chirife, 1976; Mulet et al., 1999; Tolaba et
al., 2004; Jayendra Kumar et al., 2005).
Os valores de calor isostérico integral
de dessorção, para os grão de trigo na faixa
de umidade de 12 a 19% b.s., variaram de
3735 a 2683 kJ.kg-1. Estes valores estão
coerentes com os encontrados por Ayranci e
Duman (2005), que, trabalhando com feijão
caupi na faixa de umidade de 4 a 16% b.s.,
obtiveram valores de calor isotérico integral
de dessorção variando de 3361 a 2472
kJ.kg-1, aproximadamente.
3,0
2,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-2,0
-3,0
-3,0
8
10
12
14
16
18
20
6
22
8
10
14
16
18
20
22
18
20
22
18
20
22
18
20
22
Henderson
3,0
3,0
2,0
2,0
Valores residuais
Valores residuais
Oswin
1,0
0,0
-1,0
-2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
-3,0
6
8
10
12
14
16
18
20
22
6
8
10
Valores estimados
12
14
16
Valores estimados
Henderson Modificado
Halsey-Modificado
3,0
3,0
2,0
2,0
Valores residuais
Valores residuais
12
Valores estimados
Valores estimados
1,0
0,0
-1,0
-2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
-3,0
6
8
10
12
14
16
18
20
22
6
8
10
Valores estimados
12
14
16
Valores estimados
Copace
Chung.Pfost
3,0
3,0
2,0
2,0
Valores residuais
Valores residuais
45
Sabbah
3,0
Valores residuais
Valores residuais
Sigma Copace
Corrêa et al.
1,0
0,0
-1,0
-2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
-3,0
6
8
10
12
14
16
Valores estimados
18
20
22
6
8
10
12
14
16
Valores estimados
Figura 1- Tendência de distribuição dos resíduos para os diversos modelos em função
dos valores estimados do equilíbrio higroscópico do trigo
46
Corrêa et al.
Umidade de equilíbrio (%b.s.)
30
Valores esimados
Experimental (25°C)
25
20
15
10
5
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Umidade relativa (decimal)
Figura 2- Valores, observados e estimados pelo modelo de Chung-Pfost, de teores de água de
equilíbrio higroscópico do trigo (cultivar Aliança), obtidos por dessorção, para diferentes
condições de temperatura e umidade relativa do ar.
0,0
11,96
12,15
13,31
13,50
13,83
15,60
15,76
17,22
18,85
-0,2
ln aw (decimal)
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
-1,2
-1,4
-1,6
0,0030
0,0031
0,0032
0,0033
0,0034
0,0035
1/T (K-1)
Figura 3 – Curvas do logaritmo neperiano da atividade de água (decimal), para específicos
valores do teor de água de equilíbrio (% b.s.), em função de valores de 1/T (K-1) para os grãos
de trigo(cultivar Aliança),.
Corrêa et al.
47
3800
Valores observados
Valores estimados
3400
-
Qst (kJ.kg 1)
3600
3200
3000
2800
2600
10
12
14
16
18
20
Umidade de equilíbrio (% b.s.)
Figura 4 – Valores observados e estimados do calor isostérico integral de dessorção em
função do teor de umidade de equilíbrio.
As possíveis diferenças encontradas
entre os valores observados de calor
isostérico integral de dessorção para os
diferentes produtos, podem ser justificadas,
além dos fatores inerentes aos próprios
produtos, segundo Ferreira e Pena (2003),
por possíveis erros na obtenção dos valores
de atividade de água, para cada teor de água
de equilíbrio, uma vez que os valores foram
obtidos a partir de modelos matemáticos.
Apesar destas discrepâncias, Zhang et al.
(1996), estudando isotermas de sorção de
água de alguns vegetais nas temperaturas de
30 a 60º C, concluíram que o calor
isostérico de dessorção pode ser usado para
estimar a energia requerida no processo de
desidratação de produtos agrícolas.
Na Tabela 2, apresenta-se o modelo
matemático para os valores observados do
calor isostérico integral de dessorção (Qst),
em kJ.kg-1, em função do teor de umidade
de equilíbrio (% b.s.). Observa-se que a
equação utilizada se mostrou satisfatória em
descrever o fenômeno, apresentando
elevada significância dos seus parâmetros e
do coeficiente de determinação (R2).
Tabela 2 - Modelo de regressão ajustado aos valores observados do calor isostérico integral
de dessorção (Qst), em kJ.kg-1, em função do teor de água de equilíbrio (% b.s.) com seu
respectivo coeficiente de determinação (R2) e níveis de significância.
R2 (%)
Equação de regressão
Qst = 20280, 7049** × exp(-0, 2279** × U*e ) + 2406, 6000
++
Significativo a 1% de probabilidade, pelo teste F.
CONCLUSÃO
Com base nos resultados obtidos, conclui-se
que o teor de água de equilíbrio higroscópico
do trigo, cultivar Aliança, é, diretamente,
proporcional à umidade relativa do ar e
decresce com o aumento de temperatura, para
uma mesma umidade relativa, seguindo a
tendência da maioria dos produtos agrícolas já
99,99++
**Significativo a 1% de probabilidade, pelo teste t.
estudados. Baseando-se em parâmetros
estatísticos, o modelo de Chung-Pfost é o que
melhor representa a higroscopicidade do
produto estudado, quando comparado aos
modelos tradicionalmente utilizados para
descrição deste fenômeno. Os valores do calor
isostérico integral de dessorção, para os grão
de trigo (cultivar Aliança), na faixa de
48
umidade de 12 a 19% b.s., variaram de 3735 a
2683 kJ.kg-1.
Ayranci, E.; Duman, O. Moisture sorption
isotherms of cowpea (Vigna unguiculata L.
Walp) and its protein isotate at 10, 20 and
30°C. Journal of Food Engineering, v.70,
p.83-91, 2005.
Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; Hall,
C.W. Drying and storage of grains and
oilseeds. Westport: The AVI Publishing
Company, 1992. 450 p.
Dunstan, E.R.; Chung, D.S.; Hodges, T.O.
Adsorption and desorption characteristics
of grain Sorghum. Transactions of The
ASAE, St. Joseph, p.667-670, 1973.
Chen, C. Factors which effects equilibrium
relative humidity of agricultural products.
Transaction of the ASAE, St. Joseph,
v.43, n.3, p.673-683. 2000.
Fan, J.; Siebenmorgen, T.J.; Marks, B.P..
Effects of variety and harvest moisture
content on equilibrium moisture contents of
rice. Applied Engineering in Agriculture,
St. Joseph, v.16, n.3, p.245-251. 2000.
Ferreira, C.D.; Pena, R.S. Comportamento
higroscópico da farinha de pupunha
(Bactris gasipaes). Ciência e Tecnologia
de Alimentos, Campinas, v.23, n.2, p.251255, 2003.
Hall, C.W. Drying and storage of
agricultural crops. Westport: AVI, 381p.
1980.
Iglesias, H.; Chirife, J. Prediction of the effect
of temperature on water sorption isotherms
of food material. Journal of Food
Technology, Oxford, v.11, p.109-116,
1976.
Corrêa et al.
Jayendra Kumar, A.; Singh, R.R.B.; Patil,
G.R.; Patel, A.A. Effect of temperature on
moisture desorption isotherms of kheer.
Food Science and Technology, v.38,
p.303-310, 2005.
Mohapatra, D.; Rao, P.S. A thin layer drying
model of parboiled wheat. Journal of Food
Engineering. v.66, p.513-518. 2005.
Mulet, A.; Garcya-Pascual, P.; Sanjuán, N;
Garcia-Reverter, J. Equilibrium isotherms
and isosteric heats of morel (Morchella
esculenta). Journal of Food Engineering,
London, v.53, p.75-81. 2002.
Mulet, A.; Garcia-Reverter, J.; Sanjuán, R.;
Bon, J. Sorption isosteric heat determination by thermal analysis and sorption
isotherms. Journal of Food Science, v.64,
n.1, p.64-68, 1999.
Özdemir, M.; Devres, Y.O. The thin layer
drying characteristics of hazelnuts during
roasting. Journal of Food Engineering,
London, v.42, p.225-233. 1999.
Sun, D.W.; Woods, J.L. The selection of
sorption isotherm equations for wheat
based on the fitting of available data.
Journal of Stored Products Research,
v.30, n.1, p.27-43. 1994.
Tolaba, M.P.; Peltzer, M.; Enriquez, N.; Pollio,
M.L. Grain sorption equilibria of quinoa
grains. Journal of Food Engineering,
v.61, p.365-371, 2004.
Wang, N.; Brennan, J.G. Moisture sorption
isotherm characteristics of potato at four
temperatures.
Journal
of
Food
Engineering, v.14, p.269-287, 1991.
Zhang, X.; Liu, X.; Gu, D.; Zhou, W.; Wang,
R.; Marinos-Kouris, D. Desorption
isotherms of some vegetables. Journal of
Science and Food Agriculture, v.70,
p.303-306, 1996.
ISSN 1517-8595
49
ALTERAÇÕES DE COR DA ACEROLA EM PÓ SOB CONDIÇÕES
CONTROLADAS
Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo1, Alexandre José de Melo Queiroz1,
Enny Therezinha Martucci2
RESUMO
Estudou-se a evolução da cor de polpa de acerola em pó armazenada durante trinta dias. A polpa
em pó foi produzida em secador do tipo spray dryer, com a secagem da polpa adicionada de
maltodextrina e goma arábica. As amostras foram armazenadas a 15oC, 25oC e 35oC e em
umidades relativas de 52,89%, 76,59% e 84,4%. As avaliações de cor foram realizadas
instrumentalmente utilizando-se um colorímetro Minolta CR-300, com determinações dos
parâmetros luminosidade (LHunter), intensidade de vermelho (aHunter) e intensidade de amarelo
(bHunter). A luminosidade decresceu com o tempo de armazenamento, com o aumento de
temperatura e com o aumento de umidade relativa. A intensidade de amarelo foi reduzida após
trinta dias de armazenamento em todas as temperaturas, nas umidades relativas de 76,59% e
84,4% e o aumento na umidade relativa provocou diminuição no componente intensidade de
amarelo. A intensidade de vermelho diminuiu na maioria das amostras com o decorrer do
tempo. Não se constatou correlação da intensidade de vermelho com a temperatura nem com a
umidade relativa.
Palavras-chave: Malpighia emarginata, temperatura, umidade relativa.
ALTERATIONS IN THE COLOR OF WEST INDIAN CHERRY POWDER UNDER
CONTROLLED CONDITIONS
ABSTRACT
It was studied the evolution of the color of west indian cherry powder stored for thirty days. The
powder was produced in spray dryer. Maltodextrin and Arabic gum were added in the drying of
the west Indian cherry pulp. The samples were stored at 15, 25 and 35oC and at relative
humidity of 52.89%, 76.59% and 84.4%. Instrumental evaluations of color were accomplished
using a CR-300 Minolta Chroma Meter, determining lightness (LHunter), redness (aHunter) and
yellowness (bHunter). The lightness decreased with time of storage, with the increases of the
temperature and relative humidity. The yellowness was reduced after thirty days of storage, in
all the temperatures, in the relative humidity of 76.59% and 84.4% and the increase of relative
humidity decreased the yellowness value. The redness decreased in most of the samples with the
time. Correlation of the redness was not verified with the temperature nor with the relative
humidity.
Keywords: Malpighia emarginata, temperature, relative humidity.
_________________________
1
Engo Agrícola, Prof. Adjunto, Departamento de Engenharia Agrícola, Centro de Ciências e tecnologia, UFCG, Campina
Grande -PB, Caixa Postal 10.017, Campina Grande - PB.
2
Enga Alimentos, Profa. Aposentada, Departamento de Engenharia de Alimentos, FEA, UNICAMP, Campinas – SP.
50
Alterações de cor da acerola em pó sob condições controladas
INTRODUÇÃO
De acordo com Bobbio & Bobbio (1992),
a aparência concorre, grandemente, para a
aceitabilidade de um alimento, razão pela qual a
cor talvez seja sua propriedade mais importante,
tanto em produtos naturais, quanto processados.
A cor em alimentos resulta da presença de
compostos coloridos já existentes no material
natural (pigmentos naturais) ou da adição de
corantes sintéticos. Também, durante o
processamento ou armazenagem, pode haver
formação de substâncias coloridas, como é o
caso dos caramelos e melanoidinas.
A cor de um produto alimentício é uma
das características mais importantes para a sua
aceitação, pois o consumidor estabelece uma
associação entre as modificações significativas
da cor com os indícios de alterações químicas,
físicas ou microbiológicas que estão ocorrendo,
com conseqüentes efeitos sobre as qualidades
sensoriais.
Os principais tipos de pigmentos
responsáveis pelas cores em alimentos de
origem vegetal são a clorofila, os carotenóides e
as antocianinas. Carotenóides, geralmente,
variam do amarelo ao laranja, podendo
apresentar cor vermelha, como o licopeno.
Antocianinas são os pigmentos responsáveis
pelas cores em tons de vermelho, púrpura ou
violeta presente na maioria das hortaliças, frutas
e outros produtos. De acordo com Chitarra &
Chitarra (1990), em pH ácido a tonalidade deste
pigmento é vermelha, em pH neutro, púrpura e
em pH alcalino, azul. As antocianinas podem
ocultar a clorofila e os carotenóides devido à
sua coloração acentuada e não são muito
estáveis, sendo facilmente convertidas de sua
coloração,
característica
natural
para
indesejáveis compostos coloridos escuros (Starr
& Francis, 1968). No que se refere aos
carotenóides, vários autores estabeleceram
correlações entre o teor de carotenóides total e a
cor para diversos produtos, entre os quais a
abóbora e a batata doce (Francis, 1962; Ahmed
& Scott, 1962).
Muitos
fatores
têm demonstrado
influenciar a degradação dos pigmentos,
durante o processamento e armazenagem. No
caso das antocianinas, os principais fatores são:
compostos
fenólicos,
temperatura,
pH,
açúcares, ação enzimática, hidrólise ou
polimerização e oxidação do ácido ascórbico
(Markakis, 1982; Mazza & Brouillard, 1987;
Strack & Wray, 1989). A oxidação do ácido
ascórbico leva à formação de furaldeídos,
compostos que se polimerizam, facilmente, com
Figueiredo et al.
formação de pigmentos escuros, e aceleram a
degradação de antocianinas (Bobbio & Bobbio,
1992; Iaderoza, 1983).
A avaliação sensorial da cor é critério
subjetivo de baixa precisão, quando se objetiva
quantificar alterações progressivas e de pequena
monta em materiais sujeitos a mudanças de cor.
Sistemas de controle baseados em medidas
objetivas e valores numéricos são, geralmente,
utilizados, quando se deseja prevenir erros
devido a diferenças na percepção visual desse
parâmetro. Nesses sistemas, as alterações dos
pigmentos podem ser detectadas pela medida da
cor, que pode ser usada como um meio indireto
de análise para estimar compostos coloridos de
alimentos e, muitas vezes, é mais simples e
rápida do que a análise química (Francis, 1983).
Neste trabalho, objetivou-se caracterizar,
instrumentalmente, a cor da acerola em pó e
acompanhar alterações nesta propriedade em
amostras armazenadas sob temperaturas de
15oC, 25oC e 35oC e umidades relativas de
52,89%, 76,59% e 84,40%.
MATERIAL E MÉTODOS
Foram utilizadas amostras de acerola em
pó produzidas por secagem da polpa de acerola
com a adição de 15,0% de maltodextrina e 5,0%
de goma arábica, processada em secador do tipo
spray dryer.
As avaliações instrumentais da cor da
acerola em pó foram realizadas utilizando-se
um colorímetro da marca Minolta, modelo CR300, com iluminante C e ângulo de 2o, com
determinação dos valores LHunter (luminosidade), aHunter (intensidade de vermelho) e bHunter
(intensidade de amarelo). Na calibração do
equipamento, em placa branca refletiva, foram
utilizados os padrões Y = 94,20, x = 0,3134 e y
= 0,3207.
As amostras foram submetidas a
avaliação inicial da cor, sendo a seguir expostas
às condições de armazenamento, com
temperaturas e umidades relativas controladas.
O controle da umidade relativa foi obtido em
recipientes herméticos que contém soluções
saturadas de sais (Tabela 1), sendo as amostras
acondicionadas
nesses
recipientes
e
armazenadas em câmaras a temperaturas de
15oC, 25oC e 35oC. O ensaio foi conduzido por
um período de trinta dias, fazendo-se avaliações
da cor, em triplicata, no quinto e no trigésimo
dia.
A comparação entre as médias de leitura
dos parâmetros da cor das amostras foi feita
utilizando-se o teste de Tukey, ao nível de 5%
de probabilidade, utilizando-se o programa
computacional ASSISTAT (Silva & Azevedo,
2002).
Tabela 1 - Umidades relativas das soluções
saturadas de sais.
Umidade relativa (%)
Sais
o
15 C 25oC 35oC Média
Mg(NO3)2 55,87 52,89 49,91 52,89
75,61 79,29 74,87 76,59
NaCl
85,92 84,34 82,95 84,40
KCl
Efeito do tempo de armazenagem
Os resultados médios da análise
instrumental da cor da acerola em pó submetida
às condições de três umidades relativas e três
temperaturas pelo período de trinta dias
encontram-se nas Tabelas 2 a 10.
Nota-se nas Tabelas 2 a 4 uma tendência
de diminuição nos valores do componente
intensidade de vermelho (aHunter) ao longo dos
30 dias de armazenamento, uma vez que esses
valores se reduzem na maioria dos casos entre o
tempo inicial e o final. A 25oC e a 35oC os
valores do parâmetro permaneceram sem
diferença significativa na umidade relativa de
52,89%, enquanto sob temperatura de 25oC e
umidade relativa de 76,59% aumentaram em
4,5%. Em termos comparativos, este aumento é
pequeno frente às reduções verificadas, as quais
variaram entre um mínimo de 7% a 15oC e
umidade relativa de 76,59% e máximo de
63,4% na temperatura de 35oC e umidade
relativa de 84,4%.
Na umidade relativa de 52,89% e em
todas as temperaturas o comportamento do
componente intensidade de amarelo (bHunter) foi
de aumento com o tempo. Contudo, tanto na
observação visual com nas determinações
instrumentais tais alterações foram pequenas.
Reações de escurecimento nas temperaturas de
15oC e 25oC não foram perceptíveis,
Figueiredo et al.
51
visualmente, após 30 dias de armazenamento.
Nas umidades relativas de 76,59% e 84,40%,
contrariamente, ao observado na umidade
relativa de 52,89%, em todas as temperaturas, o
componente intensidade de amarelo diminuiu,
significativamente, com o tempo de armazenamento. De acordo com Oliva (1995), a
diminuição do valor deste componente pode ser
atribuída à degradação de carotenóides.
Na Tabela 2, observa-se o efeito do
tempo de armazenamento sobre as amostras a
15oC nas três umidades relativas estudadas. Vêse que o aumento da umidade relativa acarretou
maiores variações na luminosidade, com a
menor redução (9%) ocorrida na umidade
relativa de 52,89% ao final de trinta dias, e a
maior (61%) na umidade relativa de 84,40% no
mesmo tempo de armazenamento. Na umidade
relativa de 76,59% a luminosidade foi reduzida
em cerca de 47% nos primeiros cinco dias de
armazenamento, e cerca de 53% ao trigésimo
dia, o que representa apenas 6% a mais de
redução nos 25 dias restantes. Na umidade
relativa de 84,40%, ao final do quinto dia, temse uma redução no valor da luminosidade em
torno de 53%, e do quinto ao trigésimo dia a
redução é de apenas 17,5%. Os valores do
componente intensidade de vermelho, também,
diminuíram, significativamente, durante o
armazenamento a 15oC, mas a variação de
umidade relativa não demonstrou influenciar a
intensidade das reduções: aos trinta dias de
armazenamento, nas umidades de 52,89%,
76,59% e 84,40% as reduções foram de 19%,
7% e 21%, respectivamente. A intensidade de
amarelo aumentou em 13% entre zero e trinta
dias de armazenamento na umidade relativa de
52,89%. Nas umidades relativas de 76,59% e
84,40% a intensidade de amarelo diminuiu com
o tempo, reduzindo-se em 35% e 61%,
respectivamente, entre o início e o final do
armazenamento. A 15oC, na umidade relativa
de 84,40% observaram-se as maiores reduções
na luminosidade, intensidade de vermelho e
intensidade de amarelo.
52
Figueiredo et al.
Tabela 2 - Valores médios dos parâmetros LHunter, aHunter e bHunter de amostras de acerola em pó
armazenadas a 15oC em diferentes umidades relativas.
U.R. = 52,89%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 a
+12,06 c
5
53,03 a
+8,15 b
+13,02 b
30
48,28 b
+7,89 c
+13,64 a
1,04
0,11
0,30
DMS
U.R. = 76,59%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 b
+12,06 a
5
27,96 b
+10,86 a
+10,33 b
30
24,98 c
+9,02 c
+7,87 c
0,86
0,19
0,41
DMS
U.R. = 84,40%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 b
+12,06 a
5
25,09 b
+10,32 a
+8,63 b
30
20,71 c
+7,65 c
+4,64 c
0,88
0,31
0,22
DMS
Obs.: médias seguidas pela mesma letra nas colunas não diferem estatisticamente ao nível de 5% de probabilidade pelo teste de Tukey.
DMS – diferença mínima significativa
Na Tabelas 3, observa-se o efeito do
tempo de armazenamento sobre as amostras a
25oC nas três umidades relativas estudadas. A
luminosidade apresentou comportamento com a
umidade relativa semelhante à observada a
15oC,
com reduções
ao
longo
do
armazenamento e percentualmente maiores para
as maiores umidades relativas. Assim, na
umidade relativa de 52,89% a luminosidade
sofreu redução de 23% ao longo dos trinta dias,
enquanto nas umidades de 76,59% e 84,40% as
reduções
totalizaram
57%
e
63%,
respectivamente. Na umidade relativa de
76,59% observa-se que o valor da luminosidade
foi reduzido em 52% nos primeiros cinco dias.
Ao final do trigésimo dia a redução aumentou
mais 5%, em relação ao quinto dia. Na umidade
relativa de 84,40% observa-se que o valor da
luminosidade foi reduzido em 54,73% nos
primeiros cinco dias. Ao final do trigésimo dia
a redução aumentou mais 8,79%, em relação ao
quinto dia. No caso de intensidade de vermelho,
não há diferença entre o início e o final do
armazenamento na umidade relativa de 52,89%.
Na umidade relativa de 76,59%, este parâmetro
aumentou com o tempo, totalizando 4% aos
trinta dias, enquanto na umidade relativa de
84,40%, observou-se uma redução de 26%.
Aguirre et al. (2003) relataram que a alteração
mais evidente, durante o armazenamento da
acerola em pó, foi o decréscimo na intensidade
de vermelho. Para a intensidade de amarelo na
umidade relativa 52,89% aos trinta dias de
armazenamento, ocorreu um aumento de valor
que se situou em torno de 10%. Nas umidades
relativas de 76,59% e 84,40% se verificaram
reduções, as quais totalizaram 47% e 69%,
respectivamente. Resultado obtido por Gomes
(2002) para acerola em pó armazenada em
embalagem de polietileno a temperatura
ambiente, indicou aumento nesse parâmetro. A
25oC, assim como a 15oC, a luminosidade
decresceu em todas as umidades relativas ao
longo do armazenamento, mas a intensidade de
vermelho decresceu apenas na maior das
umidades relativas e a intensidade de amarelo
apenas nas umidades relativas de 76,59% e
84,40%, com maior percentual, nesta última.
Figueiredo et al.
53
Tabela 3 - Valores médios dos parâmetros LHunter, aHunter e bHunter para as amostras de acerola em pó
U.R. = 52,89%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 a
+12,06 c
5
47,97 b
+8,33 b
+13,83 a
30
40,89 c
+9,56 a
+13,22 b
0,81
0,34
0,29
DMS
U.R. = 76,59%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 c
+12,06 a
5
25,65 b
+11,37 a
+9,05 b
30
22,74 c
+10,15 b
+6,42 c
0,77
0,21
0,26
DMS
U.R. = 84,40%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 b
+12,06 a
5
24,04 b
+10,12 a
+7,75 b
30
19,37 c
+7,21 c
+3,70 c
0,74
0,26
0,29
DMS
Obs.: médias seguidas pela mesma letra nas colunas não diferem estatisticamente a nível de 5% de probabilidade pelo teste de Tukey.
Na Tabela 4, observa-se o efeito do
tempo de armazenamento sobre as amostras
armazenadas a 35oC nas três umidades relativas
estudadas. Como nas demais temperaturas, a
luminosidade decresceu com o tempo de
armazenamento em todas as umidades relativas
e em percentuais progressivamente maiores nas
umidades relativas mais altas. Na umidade
relativa de 52,89% o decréscimo foi de 27%,
semelhante ao observado a 25oC; na umidade
relativa de 76,59% resultou em 62% e a 84,40%
totalizou 63%. Na umidade relativa de 76,59%,
constata-se que a luminosidade é reduzida em
cerca de 56%, após cinco dias de
armazenamento, e entre o quinto e o trigésimo
dia em 5%.
Tabela 4 - Valores médios dos parâmetros LHunter, aHunter e bHunter para as amostras de acerola em pó
U.R. = 52,89%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 a
+12,06 c
5
42,48 b
+9,56 b
+13,76 a
30
38,78 c
+9,66 a
+12,69 b
0,78
0,08
0,19
DMS
U.R. = 76,59%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 b
+12,06 a
5
22,94 b
+10,47 a
+7,32 b
30
20,09 c
+5,63 c
+3,65 c
0,74
0,15
0,21
DMS
U.R. = 84,40%
Tempo (dia)
LHunter
aHunter
bHunter
0
53,10 a
+9,71 a
+12,06 a
5
22,90 b
+8,18 b
+6,79 b
30
19,36 c
+3,55 c
+1,64 c
0,76
0,12
0,24
DMS
54
Na umidade relativa de 84,40%, a
luminosidade foi reduzida em cerca de 57%
após
os
primeiros
cinco
dias
de
armazenamento. Na umidade relativa de
52,89%, a intensidade de vermelho se manteve
inalterada, entre o início e o final do
armazenamento, mas nas umidades relativas
maiores, verificaram-se reduções, totalizando
42% (UR de 76,59%) e 63% (UR de 84,40%).
Acompanhando a evolução dos valores da
intensidade de amarelo (bHunter), observa-se que
ele aumentou, na umidade relativa de 52,89%, e
diminuiu, nas umidades relativas maiores, com
redução de 70% (UR de 76,59%) e 86% (UR de
84,40%).
Dos três componentes da cor avaliados
neste trabalho, a luminosidade mostrou-se o
mais sensível às condições de armazenagem.
Suas alterações, todas decrescentes com o
tempo de armazenamento, ocorreram em maior
proporção nos primeiros cinco dias, quando
submetidos a umidades relativas de 76,59% e
84,40%.
Verifica-se que os valores médios da
luminosidade diminuem, significativamente,
com o tempo de armazenagem, em todas as
temperaturas e umidades relativas estudadas. A
menor redução da luminosidade (9%) ao final
de trinta dias, ocorreu na temperatura de 15oC e
umidade relativa de 52,89%, enquanto a maior
foi verificada a 35oC e umidade relativa de
84,40% (63,5%).
Figueiredo et al.
Efeito da temperatura de armazenamento
Observando-se as Tabelas de 5 a 7,
verifica-se que a temperatura influencia os
valores dos componentes da cor. A
luminosidade diminui, significativamente, com
o aumento da temperatura em todos os tempos
de armazenamento e umidades relativas, exceto
na umidade relativa de 84,40%, tempo de 30
dias (Tabela 7) entre as temperaturas de 25oC e
35oC, cujos valores não diferem, estatisticamente, entre si. Nas umidades relativas de
52,89% e 76,59%, no tempo de 30 dias, a
luminosidade foi reduzida em cerca de 20%
entre 15 e 35oC, enquanto na umidade relativa
de 84,40% a redução situou-se entre 6 e 9%.
Os valores do componente intensidade de
vermelho na umidade relativa de 52,89%
exibiram um comportamento de aumento com o
aumento da temperatura, atingindo um valor
máximo de 22% (30 dias). Na umidade relativa
de 76,59%, não se constata uma relação direta
de alteração do valor deste componente com o
aumento da temperatura. Na umidade relativa
de 84,40% ocorre diminuição com o aumento
da temperatura, totalizando 54% ao final de
trinta dias.
Na umidade relativa de 52,89% e tempo
de 5 dias (Tabela 5), os valores do componente
intensidade de amarelo aumentaram (6%) com
o aumento da temperatura. Nos demais casos,
constatam-se reduções significativas com o
aumento da temperatura em todas as condições
do estudo, atingindo uma variação máxima de
65% (Tabela 7 – 30 dias).
Tabela 5 - Efeito da temperatura nos componentes da cor (LHunter, aHunter e bHunter) das amostras de
acerola em pó armazenadas na umidade relativa de 52,89%.
5 dias
Parâmetro
o
o
15 C
25 C
35oC
DMS
LHunter
53,03 A
47,97 B
42,48 C
0,58
aHunter
+8,15 C
+8,33 B
+9,56 A
0,08
bHunter
+13,02 B
+13,83 A
+13,76 A
0,16
30 dias
Parâmetro
15oC
25oC
35oC
DMS
LHunter
48,28 A
40,89 B
38,78 C
0,62
aHunter
+7,89 B
+9,56 A
+9,66 A
0,34
bHunter
+13,64 A
+13,22 B
+12,69 C
0,31
Obs.: médias seguidas pela mesma letra nas linhas não diferem estatisticamente a nível de 5% de probabilidade pelo teste de Tukey.
Figueiredo et al.
55
5 dias
Parâmetro
15oC
25oC
35oC
DMS
LHunter
27,96 A
25,65 B
22,94 C
0,14
aHunter
+10,86 B
+11,37 A
+10,47 C
0,15
bHunter
+10,33 A
+9,05 B
+7,32 C
0,16
30 dias
Parâmetro
15oC
25oC
35oC
DMS
LHunter
24,98 A
22,74 B
20,09 C
0,50
aHunter
+9,02 B
+10,15 A
+5,63 C
0,26
bHunter
+7,87 A
+6,42 B
+3,65 C
0,40
5 dias
Parâmetro
o
o
15 C
25 C
35oC
DMS
LHunter
25,09 A
24,04 B
22,90 C
0,15
aHunter
+10,32 A
+10,12 A
+8,18 B
0,20
bHunter
+8,63 A
+7,75 B
+6,79 C
0,24
30 dias
Parâmetro
15oC
25oC
35oC
DMS
LHunter
20,71 A
19,37 B
19,36 B
0,51
aHunter
+7,65 A
+7,21 B
+3,55 C
0,36
bHunter
+4,64 A
+3,70 B
+1,64 C
0,20
Efeito da umidade relativa de armazenamento
Nas Tabelas de 8 a 10, observa-se a
influência da umidade relativa sobre a cor das
amostras de acerola em pó. O aumento da
umidade
relativa
provocou
diminuição
significativa na luminosidade das amostras,
com um único caso onde não se verifica esse
efeito, entre as umidades relativas de 76,59% e
84,40% aos cinco dias de armazenamento na
temperatura de 35oC (Tabela 10). Porém, sob
estas umidades relativas, após transcorridos
trinta dias a influência volta a se manifestar no
mesmo sentido, com reduções próximas de
50%.
Os valores do componente aHunter
apresentam variações aleatórias com o aumento
da umidade relativa nas temperaturas de 15oC e
25oC, mas na temperatura de 35oC após 30 dias
diminuem significativamente com o aumento da
umidade relativa.
O componente bHunter sofre reduções com
os aumentos de umidade relativa, as quais são
observadas aos cinco e aos trinta dias. Tais
reduções variam de 66% entre as umidades
relativas de 52,89% e 84,40% e 15oC a 87%
entre as mesmas umidades relativas a 35oC.
56
Figueiredo et al.
Tabela 8 - Influência da umidade relativa na cor das amostras de acerola em pó armazenadas a 15oC.
5 dias
UR (%)
LHunter
aHunter
bHunter
52,89
53,03 a
8,15 c
13,02 a
76,59
27,96 b
10,86 a
10,33 b
84,40
25,09 c
10,32 b
8,63 c
0,44
0,16
0,21
DMS
30 dias
UR (%)
LHunter
aHunter
bHunter
52,89
48,28 a
7,89 b
13,64 a
76,59
24,98 b
9,02 a
7,87 b
84,40
20,71 c
7,65 b
4,64 c
0,88
0,33
0,41
DMS
Tabela 9 - Influência da umidade relativa na cor das amostras de acerola em pó armazenadas a 25oC.
5 dias
UR (%)
LHunter
aHunter
bHunter
52,89
47,97 a
8,33 c
13,83 a
76,59
25,65 b
11,37 a
9,05 b
84,40
24,04 c
10,12 b
7,75 c
0,88
0,19
0,23
DMS
30 dias
UR (%)
LHunter
aHunter
bHunter
52,89
40,89 a
9,56 b
13,22 a
76,59
22,74 b
10,15 a
6,42 b
84,40
19,37 c
7,21 c
3,70 c
0,27
0,19
0,31
DMS
Tabela 10 - Influência da umidade relativa na cor da acerola em pó armazenada a 35oC.
5 dias
UR (%)
LHunter
aHunter
bHunter
52,89
42,48 a
9,56 b
13,76 a
76,59
22,94 b
10,47 a
7,32 b
84,40
22,90 b
8,18 c
6,79 c
0,29
0,09
0,13
DMS
30 dias
UR (%)
LHunter
aHunter
bHunter
52,89
38,78 a
9,66 a
12,69 a
76,59
20,09 b
5,63 b
3,65 b
84,40
19,36 c
3,55 c
1,64 c
0,21
0,09
0,17
DMS
CONCLUSÕES
O tempo de armazenamento influenciou
os parâmetros da cor da acerola em pó
diminuindo a luminosidade das amostras em
todas as temperaturas e umidades relativas,
decrescendo a intensidade de vermelho na
maioria das amostras, e aumentando a
intensidade de amarelo aos trinta dias de
armazenamento nas amostras sob a umidade de
52,89%, e em umidades superiores reduziu-se
em todas as temperaturas ao final dos trinta
dias.
A temperatura de armazenamento
exerceu influência na luminosidade e na
intensidade de amarelo, diminuindo com os
aumentos de temperatura. A intensidade de
vermelho foi influenciada pela temperatura de
maneira diversa para o parâmetro umidade
relativa, aumentando com o aquecimento na
umidade relativa de 52,89%; diminuindo na
umidade relativa de 84,40% e se mantendo
estável na umidade relativa intermediária de
76,59%.
O aumento da umidade relativa provocou
diminuição da luminosidade e da intensidade de
amarelo das amostras. Porém, não foi possível
relacionar efeito da variação da umidade
relativa sobre o componente intensidade de
vermelho.
Figueiredo et al.
57
Westport: The Avi Publishing Company, 1983.
p.105-123.
Gomes, P.M.A. Estudo da polpa de acerola
(Malpighia emarginata D. C) desidratada em
leite de jorro. Campina Grande: UFCG, 2002.
86f. (Dissertação de Mestrado).
Iaderoza, M. Pigmentos naturais: ocorrência e
aplicações nos alimentos. Boletim do Instituto
de Tecnologia de Alimentos, Campinas, v.20,
n.2, p.101-113, 1983.
Markakis, P. Stability of anthocyanins in foods.
In: Markakis, P. Anthocyanins as food colors.
New York: Academic Press, 1982. p.163-165.
Aguirre, J.M. et al. Desidratação de acerola. In:
Fito, P.; Mulet, A.; Chiralt, A.; Andrés, A.
Deshidratación de alimentos y propiedades
relacionadas. Valencia: UPV, 2003. p.133-138.
Mazza, G.; Brouillard, R. Recent developments
in the stabilization of anthocyanins in food
products. Food Chemistry, v.25, n.3, p.207225, 1987.
Ahmed, E. M.; Scott, L. E. A rapid objective
method for estimation of carotenoid content in
sweet potato roots. Proceedings of the
American Society Horticultural Science,
Alexandria, v. 80, n. 2, p.497-506, 1962.
Oliva, P. B. Estudo do armazenamento da
acerola in natura e estabilidade do néctar de
acerola. Campinas: UNICAMP/FEA, 1995.
103f. (Dissertação de Mestrado).
Bobbio, F.O.; Bobbio, P.A. Introdução à
química de alimentos. 2. ed. Campinas: Ed.
UNICAMP, 1992. 223p.
Silva, F. A. S.; Azevedo, C. A. V. Versão do
programa computacional Assistat para o
sistema operacional Windows. Revista
Brasileira de Produtos Agroindustriais, v.4,
n.1, p.71-78, 2002.
Chitarra, M.I.F.; Chitarra, A.B. Pós-colheita de
frutos e hortaliças: fisiologia e manuseio.
Lavras: Escola Superior de Agricultura de
Lavras, 1990. 293p.
Francis, F.J. Relationship between flesh color
and pigment content in squash. Proceedings of
the American Society Horticultural Science,
Alexandria, v.81, n.3, p.408-414, 1962.
Francis, F.J. Colorimetry of foods. In: Peleg,
M.; Bagley, E.B. Physical properties of foods.
Starr, M. S.; Francis, F. J. Oxygen and ascorbic
acid effect on the relative stability of four
anthocyanin pigments in cranberry juice. Food
Technology, Chicago, v.22, n.10, p.91-93,
1968.
Strack, D.; Wray, W. Anthocyanins. In:
Harborne, J. B. Methods in plant
biochemistry: plant phenolics. New York:
Academic Press, 1989. v.1, p.324-330.
58
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.7, n.1, p.58, 2005
ISSN 1517-8595
MICROENCAPSULAMENTO DO UMBU EM PÓ COM DIFERENTES
FORMULAÇÕES DE MALTODEXTRINA: ESTUDO DO TAMANHO DAS
PARTÍCULAS POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA
Mario Eduardo R.M. Cavalcanti Mata1, Sheila Soraia Araújo Medeiros2,
Maria Elita Martins Duarte1
RESUMO
O presente trabalho foi realizado com o objetivo de estudar o tamanho das partículas de
umbuzada em pó, microencapsuladas com varias formulações de maltodextrina, obtida pela
secagem por atomização a temperatura de 160°C. Foram elaboradas seis formulações de polpa
de umbu com material encapsulante para produção de umbu em pó para umbuzada (formulação
1 –com 15% de maltodextrina; formulação 2 – com 20% de maltodextrina; formulação 3 - com
15% de maltodextrina e 3% de goma arábica; formulação 4 com 15% de maltodextrina e 5% de
goma arábica; formulação 5 com 15% de maltodextrina e 3% de -ciclodextrina; formulação 6
- com 15% de maltodextrina e 5% de -ciclodextrina.). Foi avaliado o aspecto microestrutural.
do umbu em pó para umbuzada por meio de microscopia eletrônica de varredura de onde se
investigou a variação dos tamanhos das partículas microencapsuladas e a natureza do
microencapsulamento . Diante dos resultados obtidos pode-se concluir que: A polpa de umbu na
formulaçao com 15% de maltodextrina tem uma formação de microcápsulas menos
aglomeradas e com formatos mais definidos e que o seu diâmetro para essa formulação varia
entre 0,32 e 9,03 µm.
Palavras-chave: Spondias tuberosa, secagem por atomização, processamento.
MICROENCAPSULATING OF UMBU POWDER WITH DIFFERENT
FORMULATIONS OF MALTHODEXTRIN: STUDY OF THE PARTICLES SIZE
THROUGH ELECTRONIC MICROSCOPY
ABSTRACT
The present work was accomplished with the objective of studying the size of the particles of
powdered umbuzada powder, microencapsulating with many malthodextrin formulations,
obtained by the atomization at spray drier the temperature of 160°C. Six formulations of umbu
pulp were elaborated with material which encapsulate for the production of umbu powder for
umbuzada (formulation 1 -with 15% of malthodextrin; formulation 2 - with 20% of
malthodextrin; formulation 3 - with 15% of malthodextrin and 3% of Arabic gum; formulation 4
with 15% of malthodextrin and 5% of Arabic gum; formulation 5 with 15% of maltodextrina
and 3% of b-ciclodextrin; formulation 6 - with 15% of malthodextrin and 5% of ciclodextrin.). The micro structural aspect of the powder umbu for umbuzada was evaluated
through the electronic microscopy. The variation of the sizes of the microencapsulated particles
and the nature of the microencapsulating were investigated. Before the obtained results, it can
be ended that: The umbu pulp in the formulation with 15% of malthodextrin has a less
agglomerated and with formats more defined and that its diameter, for that formulation, varies
between 0,32 and 9,03 µm.
Keywords: Spondia tuberosa, spray drier, atomization, processing
_________________________
1
Professor Doutor, Departamento de Engenharia Agrícola, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, UFCG,
Campina Grande -PB, Caixa Postal 10.087, Campina Grande - PB. E-mail: [email protected]
2
Mestre em Engenharia Agricola, Departamento de Engenharia Agricola, CTRN, UFCG, Campina Grande – PB
59
60
Microencapsulamento do umbu em pó: estudo do tamanho das partículas por microscopia eletrônica
INTRODUÇÃO
No Brasil colonial o umbu era chamado
de imbu, que é uma corruptela da palavra tupiguarani “y-mb-u”, que significa “árvore-quedá-de beber”. (Medeiros, 2004).
Cavalcanti Mata et al
O umbuzeiro, Figura 1, é originário dos
chapadões do semi-árido do Nordeste
Brasileiro e é encontrado com freqüência nas
regiões Agreste do Piauí, no Cariri Paraibano e
nas Caatingas de Pernambuco e Bahia
(Epstein, 1998; Almeida 1999).
Figura 1- Umbuzeiro
De acordo com Gomes (1965), o
umbuzeiro é uma planta frutífera, xerófita,
perfeitamente, adaptada às zonas menos
chuvosas do Nordeste do Brasil.
A resistência do umbuzeiro à seca é
assegurada pelos xilopódios (batatas), que tem
uma função importante no armazenamento de
água e substâncias nutritivas. As espécies que
não possuem essas estruturas (xilopódios) são
mais vulneráveis às secas, não se desenvolvem
bem e às vezes nem se reproduzem na região
semi-árida (Medeiros, 2004).
A floração do umbu se dá após as
primeiras chuvas e a abertura das flores, durante
a madrugada, entre zero e quatro horas,
independente do ambiente (Queiroz, 1994)
O fruto (Figura 2 ) é arredondado com 2
a 4 cm de diâmetro e massa de 10 a 20g e
apresentam superfície lisa ou exibem quatro a
cinco protuberâncias na porção dista (Almeida,
1999; Medeiros, 2004).l. É constituído, em
média, por 22% de casca (epicarpo) de cor
amarelo-esverdeada, 68% de polpa (mesocarpo)
de sabor agridoce e 10% de caroço (endocarpo)
que é rico em gordura e proteína (Mendes,
1990). Existem umbuzeiros que produzem
frutos maiores, registrando-se alguns com peso
médio acima de 80g. Saturnino et al. (1994)
afirmam que, na região da caatinga do Norte de
Minas Gerais, existe uma grande variedade de
umbus com formas diferentes, coloração dos
frutos e pilosidade da casca.
Figura 2- Frutos do umbuzeiro
Segundo Duque (1980), o período de
frutificação do umbuzeiro é de, aproximadamente, 4 meses, iniciando-se, nas primeiras
chuvas, sendo que uma só árvore chega a
produzir mais de 300 kg de frutos.
Considerando um plantio organizado com 25
plantas por hectare, um pomar adulto produziria
7,5 toneladas/ha de frutos por ano.
Apesar de fornecer um dos frutos mais
importantes do Nordeste, o umbuzeiro, ainda é
pouco explorado (Braga, 1968; Bispo,1989;
Campos 1988; Queiroz, 1994). Ainda assim,
levantamentos sócio-econômicos indicam que é
uma cultura de grande importância em áreas
expressivas do semi-árido (Granja, 1985) .
Além de a importância alimentar, o umbu
se constitui, também, como fonte de renda para
as famílias dos agricultores da região semi-árida
do nordeste (IBGE, 2003; Lima, 1992; Santos
1998). No entanto é uma fruta de rápida
sazonalidade e perecibilidade.
O fruto uma vez apanhado, e, em
condições ambientais de preservação, dura, no
máximo, dois ou três dias. Portanto, durante o
período de máxima produção, existe uma
grande perda do produto, devido à falta de uma
infra-estrutura adequada (Maia, 1990).
O umbu além de ser consumido “in
natura” pode ser utilizado na fabricação de
diversos produtos, tais como suco, geléia,
sorvetes e umbuzada (Sousa, 1961; Souza e
Catão 1970; Silva et al. 1987; Silva et al. 1988
Soler et al. 1991). A umbuzada é um preparado
feito com polpa de umbu verde cozida a qual se
adiciona leite e açúcar, rapadura ou leite
condensado. Este é um produto de ótima
aceitação no mercado, já que se constitui em
um produto saboroso e de alto valor nutritivo
(Guedes e Oriá, 1978; Hoehne 1979; Pedrosa et
al. 1989), entretanto, é preparado, apenas, no
período de safra do fruto, já que, para sua
confecção, é necessário fruto verde.
Processos adequados de secagem tornam
possível o processamento de frutos e sua
transformação em produtos onde se emprega
tecnologia mais refinada, como é o caso da
secagem por atomização (King et al. 1976;
Santos, 1983; Kim e Morr 1996)
A secagem por atomização consiste na
transformação do produto do estado fluído para
uma partícula seca na forma de pó, o material
obtido deve apresentar o máximo de
características iniciais do produto e protegê-lo
das condições adversas do meio externo, para
este fim são incorporados ao produto a ser seco
materiais de parede ou microencapsulantes
(Baresfort, 1976; Goffereri e Crosby 1983;
61
Furuda et al. 1994; Cardelo e Celestino, 1996;
Figueiredo , 1998; Ascheri, 1999).
Pesquisas realizadas nas últimas décadas
indicam que produtos obtidos por meio de
processos de secagem tornam-se cada vez mais
competitivos (Coelho, 1997). Dessa forma,
acredita-se que o desenvolvimento de técnicas
de processamento e secagem da pasta de umbu
para obtenção de pó seja viável, pois este
poderá ser utilizado na preparação da umbuzada
e de possíveis subprodutos proporcionando sua
comercialização para atender a demanda do
mercado.
Portanto os objetivos deste trabalho
foram secar pelo processo de atomização a
polpa de umbu pré-cozida nas seguintes
formulações com maltodextrina (formulação 1
– 85% de polpa de umbu e 15% de
maltodextrina; formulação 2 – 80% de polpa
de umbu e 20% de maltodextrina; formulação
3 – 82% de polpa de umbu, 15% de
maltodextrina e 3% de goma arábica;
formulação 4 – 80% de polpa de umbu com
15% de maltodextrina e 5% de goma arábica;
formulação 5 – 82% de polpa de umbu, 15%
de maltodextrina e 3% de -ciclodextrina;
formulação 6 – 80% de polpa de umbu, 15%
de maltodextrina e 5% de -ciclodextrina.) e
determinar por microscopia eletrônica de
varredura o tamanho das partículas microencapsuladas e a natureza dessas microcápsulas
observando-se forma, aglutinação e plenitude
do encapsulamento.
MATERIAL E MÉTODOS
Esta pesquisa foi desenvolvida no
Laboratório de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas do Departamento
de Engenharia Agrícola da Universidade
Federal de Campina Grande, PB. Parte do
trabalho foi conduzida no Laboratório de
Pigmentos Naturais e Secagem e no Núcleo de
Microscopia e Microanálise da Universidade
Federal de Viçosa-MG.
Processamento da polpa de umbu para
umbuzada
Os frutos do umbuzeiro utilizados nesta
pesquisa foram adquiridos, diretamente, junto
aos produtores do município de Santa Luzia –
Paraíba, os quais foram colhidos em estádio de
maturação ainda verdes (Figura 2), mas que
tenham atingido o estágio de maturação
adequado para o preparo da umbuzada.
62
Os umbus, uma vez coletados foram
transportados em caixas plásticas para o
Laboratório de Armazenamento em Campina
Grande, onde foram processados.
Na Figura 3, é mostrado o fluxograma
das etapas realizadas para obtenção da polpa de
umbu para umbuzada
RECEPÇÃO
SELEÇÃO
LAVAGEM
COZIMENTO
DESPOLPAMENTO
REFINO
EMBALAGEM
ARMAZENAMENTO
REFRIGERADO
Figura 3- Fluxograma de processamento da polpa de umbu
Depois da recepção, a seleção foi
realizada, manualmente, onde foram eliminados
frutos estragados e com estádio de maturação
inadequado para o processamento. Após a
seleção os frutos foram lavados em água
potável que continha uma solução de
hipoclorito de sódio, com concentração de 20
ppm. Estes permaneceram imersos na solução
por um período de dez minutos, quando então
foram lavados em água corrente. Em seguida a
este procedimento, os frutos foram colocados
para secar em ambiente natural.
A etapa do cozimento foi realizada em
um caldeirão de aço inox , durante um minuto
após a fervura. Em seguida, os frutos foram
escorridos para retirar-se o excesso de água.
Após o cozimento, o umbu seguiu para o
processo de despolpa que ocorreu em uma
despolpadeira horizontal da marca Laboremus,
modelo DF- 200, motor elétrico de 2.0 CV com
capacidade aproximada de 400g por hora e
peneira de malha de 2,5 mm.
Em seqüência a polpa de umbu, sofreu
um refino, para tanto o material proveniente da
despolpadeira
seguiu para uma outra
despolpadeira semelhante, sendo diferenciada
por ter uma peneira com malha de 1mm de
diâmetro.
O umbu refinado foi acondicionado em
embalagens de polietileno com capacidade para
250g. Para o fechamento das embalagens,
utilizou-se seladora da Marca R. Baião-Sela
Mult-barra quente.
As polpas de umbu foram congeladas em
nitrogênio líquido a temperatura de –196°C e,
em seguida, armazenadas em freezer doméstico
a temperatura de –22,6°C, até posterior
utilização.
Formação da emulsão e homogeneização
Para compor as formulações a serem
secas, utilizaram-se como agentes encapsulantes a maltodextrina DE 20, obtida das
Refinações Milho Brasil, goma arábica em pó
pura (Isofar) e -ciclodextrina (Trappsol) . Os
agentes encapsulantes foram incorporados à
polpa de umbu no momento do preparo da
emulsão com aquecimento para 30°C. A ciclodextrina aqueceu-se a 55°C, devido esta
63
apresentar baixa solubilidade. A diluição da
polpa foi preparada na proporção de 1:2
polpa/água.
Para a homogeneização das amostras,
utilizou-se um agitador mecânico (APV Gaulin,
modelo 15 MR) na velocidade máxima.
Foram elaboradas seis formulações,
Tabela 1, a partir dos três agentes
encapsulantes, maltodextrina, goma arábica e ciclodextrina, os quais foram empregados tanto
separadamente como misturado.
Tabela 1- Formulações empregadas para produção da polpa de umbu em pó
Maltodextrina
Encapsulante
Formulação
(Concentração %)
ciclodextrina
Goma Arábica
1
15,0
__
__
2
20,0
__
__
3
15,0
3,0
__
4
15,0
5,0
__
5
15,0
__
3,0
6
15,0
__
5,0
Polpa de umbu
(Concentração %)
85,0
80,0
82,0
80,0
82,0
80,0
Secagem por atomização
Teor de água
O pó foi obtido, utilizando um secador
tipo Spray drier BUCHI, modelo B-191
ilustrado na Figura 4. Foi utilizado, durante o
processo de secagem, um fluxo de ar
concorrente ao material na ordem de 1m.s-1. As
temperaturas do ar de secagem foram 160 °C,
na entrada do secador. O processo de
atomização foi realizado em três repetições
para cada formulação, utilizando-se 300 ml da
emulsão para cada secagem.
O material obtido foi acondicionado em
sacos de polipropileno biorientado aluminizado, os quais foram armazenados em
dessecador até posterior utilização.
O teor de água da polpa de umbu e do
umbu em pó foi determinado, seguindo-se as
Normas Analíticas do instituto Adolfo Lutz
(1985). Utilizou-se, aproximadamente, 1g da
amostra, a qual foi levada para estufa a 70°C
até peso constante. A determinação do teor de
água da polpa de umbu e do umbu em pó
corresponde ao teor de água do material na
entrada e na saída do secador.
O teor de água foi calculado com base
nos pesos inicial e final da amostra e é
expressa em percentagem.
Avaliação microscópica
Os aspectos microestruturais das
partículas da polpa de umbu em pó foram
analisados por microscopia eletrônica de
varredura. Inicialmente as amostras foram
colocadas sobre uma fita adesiva que foi
aderida a um suporte metálico. Procedeu-se,
em seguida, o recobrimento da amostra com
uma fina camada de ouro (15 mm) em Sputter
Coating Attachiment, modelo FDU-010 da
BALZERS, em evaporador a vácuo. O
tamanho e estrutura das microcápsulas foram
analisados em microscópio eletrônico de
varredura LEO 1430 VP, operando sob
velocidade de 10 e 15kv. As amostras foram
observadas sob ampliações de 1800x.
Figura 4-. Mini Spray drying, BUCHI B-191
64
Análise estatística
A comparação das médias dos dados
obtidos de tamanho de partículas, aglutinação e
plenitude do encapsulamento foi realizada pelo
teste de Tukey usando-se o programa Assistat
versão 6.7 por meio de delineamento
inteiramente casualizado (Silva & Azevedo,
2002).
Avaliação microscópica
diferentes formulações obtidas mediante
secagem por atomização.
As microcápsulas, de forma geral
possuem tamanhos intermediários aos valores
ilustrados (Tabela 2) apresentando número
limitado de partículas de menor diâmetro.
Nesta tabela observa-se que a maioria dos
tratamentos que se utiliza o mesmo
encapsulante com alteração apenas na sua
concentração o diâmetro das partículas tendem
ao decréscimo com o aumento da concentração
do mesmo. Tais observações diferem dos
resultados obtidos por Ré & Higa (1995), ao
afirmarem que a diminuição da concentração
do encapsulante produz partículas menores.
Na Tabela 2 encontram-se o diâmetro
das microcápsulas do umbu em pó nas
Tabela 2- Diâmetro médio das microcápsulas da polpa de umbu em pó nas diferentes formulações
Formulação
Diâmetro
%
Diâmetro
%
Diâmetro
médio
menor (m)
maior (m)
1
0,32 ± 0,020 c
11
9,03 ±0,12 a
15
4,58 ± 0,23 a
2
0,60 ± 0,017 b
15
7,33 ±0,31 ab
16
4,51 ± 0,21 a
3
0,96 ± 0,031 a
13
8,06 ±0,32 a
11
4,01 ± 0,17 ab
4
0,96 ± 0,030 a
17
4,19 ±0,21 bc
10
2,54 ± 0,12 b
5
0,66 ± 0,021 b
12
5,33 ±0,12 b
17
3,03 ± 0,08 b
6
1,00 ± 0,015 a
8
2,33 ±0,11 c
21
1,68 ± 0,11 c
DMS
2,31
2,4
1,2
Formulação 1: polpa de umbu; 15% de maltodextrina.
Formulação 2: polpa de umbu; 20% de maltodextrina
Formulação 3: polpa de umbu; 15% de maltodextrina; 3% de goma arábica.
Formulação 5: polpa de umbu; 15% de maltodextrina; 3% de ß-ciclodextrina.
Zilberboim et al. (1986) relatam que o
decréscimo do diâmetro das partículas pode ser
atribuído ao fator baixa viscosidade presente no
conteúdo de sólidos na alimentação dos
sistemas, conduzindo assim, a formação de
partículas esféricas de menor diâmetro. KIM e
MORRI (1996) evidenciam que o tamanho das
partículas pode determinar a quantidade de
substâncias voláteis na superfície da partícula,
porém, a viscosidade não é considerada um
fator determinante no estabelecimento do
diâmetro das partículas.
Apesar da heterogeneidade observada no
tamanho das partículas em todas as formulações
avaliadas, observa-se que a presença de
maltodextrina/-ciclodextrina na formulação 6
(Figura 10) promoveu uma pequena diferença
no tamanho das microcápsulas, sendo a maioria
destas de diâmetro intermediário aos que se
encontram na Tabela 2.
Nas Figuras de 5 a 10 encontram-se as
fotomicrografias das amostras obtidas no
microscópio eletrônico de varredura. Pode-se
constatar nas Figuras 5 e 9, que a maioria das
microcápsulas apresentam superfícies esféricas
lisas. Na Figura 5, observa-se também um leve
grau de aglomeração entre as partículas
menores.
Nas Figuras 6, 7, 8 e 10, constata-se que
um grande número de partículas maiores exibe
vacúolos em sua superfície. O menor grau de
amorfismo observado nestas formulações pode
estar correlacionado com a diminuição na
concentração do agente encapsulante utilizado
na formulação 1, que foi com 15% de
maltodextrina.
Observando-se as Figuras 6, 7, 8 e 10,
constata-se um maior número de partículas com
aspecto enrugado e partículas pequenas com
formato côncavo e, aderidas a concavidade
destas encontram-se partículas menores. Essa
aderência é mais evidente nas formulações 4 e 6
(Figuras 8 e 10). Esse fenômeno pode ser
causado pela coalescência das partículas
menores ao redor das maiores, podendo estas
formarem aglomerados de maior tamanho
(Brandari et al. 1992). Segundo Peleg et al.
(1973) esta preferência, ou afinidade por tais
superfícies, deve-se, provavelmente, à força de
atração existente entre pontes líquidas que se
formaram por dissolução das camadas
exteriores das partículas.
A formulação 5, conforme ilustrada na
Figura 9, possui microcápsulas com formato
bem definido, apesar da proximidade observada
entre as partículas. Já na Formulação 6 as
partículas pequenas tendem a aderir-se às
partículas de maior grau de magnitude. Ambas
as Formulações apresentam maltodextrina e ciclodextrina em associação, porém, exibem
comportamento distinto, tal comportamento
pode ser atribuído a maior incorporação da ciclodextrina na formulação 6. Constant (1999)
estudando o microencapsulamento de bixina
relatou que a microencapsulação com ciclodextrina ocorre em nível molecular, não
65
apresentando partículas com formato esférico,
sendo nesse caso o processo de inclusão
molecular.
Em todas as formulações avaliadas não
se evidencia a ocorrência de fragmentação de
partículas, não apresentando poros ou
rachaduras na superfície externa, fator
considerado benéfico, pois de acordo com El.
Sayed et. al. citados por Pereira (2000) a quebra
de partículas poderá acarretar em perdas
significativas de componentes voláteis. Este
pode ser reforçado pela Tabela 3 onde se
observa que as formulações tiveram um
percentual de partículas encapsuladas acima de
97 % Rosemberg et al. (1985) afirmam que a
retenção de voláteis e a proteção de um produto
microencapsulado estão relacionadas com a
porosidade e por sua vez as propriedades de
escoamento das microcápsulas estão ligadas à
estrutura e à morfologia externa das partículas.
Na Tabela 3 e nas Figuras de 5 a 10
também se pode constatar que a aglutinação das
partículas de umbu em pó se dá quando o
produto é seco com 15% de maltodextrina e 3%
de ß-ciclodextrina
Tabela 3 - Forma, aglutinação e plenitude do encapsulamento das microcápsulas do umbu em pó nas
diferentes formulações
Formulação
Forma
Aglutinação
Fração de
encapsulamento
1
Esferoidal
pequena
99
2
Esferoidal com depressões
pequena
97
3
pequena
98
4
pequena
98
5
Esferoidal
grande
98
6
pequena
97
Formulação 1: polpa de umbu; 15% de maltodextrina.
Formulação 2: polpa de umbu; 20% de maltodextrina
66
Figura 5- Fotomicrografia da Formulação 1 (polpa de umbu e 15% de maltodextrina.) obtida por
microscopia eletrônica, aumento 1800x
Figura 6- Fotomicrografia da Formulação 2 (polpa de umbu e 20% de maltodextrina) obtida por
microscopia eletrônica, aumento de 1800x
Figura 7- Fotomicrografia da Formulação 3 (polpa de umbu com 15% de maltodextrina e 3% de
goma arábica) obtida por microscopia eletrônica aumento 1800x
67
Figura 8- Fotomicrografia da Formulação 4 (polpa de umbu com 15% de maltodextrina e 5 % de
goma arábica) obtida por microscopia eletrônica aumento 1800x
Figura 9- Fotomicrografia da Formulação 5 (polpa de umbu com 15% de maltodextrina e 3% de ßciclodextrina) obtida por microscopia eletrônica aumento 1800x
Figura 10- Fotomicrografia da Formulação 6 (polpa de umbu com 15% de maltodextrina e 5% de ßciclodextrina) obtida por microscopia eletrônica aumento 1800x
68
CONCLUSÕES
Diante dos resultados obtidos pode-se concluir
que:
 O umbu em pó proveniente da secagem
com polpa de umbu com 15% de
maltodextrina e 5% de ß-ciclodextrina
tiveram a formação de microcápsulas com
menor diâmetro médio estando essas
microcápsulas na ordem de 1,68 μm ± 0,11
μm.
 Na análise microscópica a formulação 1
que é a secagem da polpa de umbu com
15% de maltodextrina tiveram as microcápsulas menos aglomeradas, formatos
mais definidos e diâmetros que variaram
de 0,32 a 9,03μm.
 As formulações 2, 3, 4 e 6, correspondente
a secagem da polpa de umbu com 15% de
maltodextrina; polpa de umbu com 15%
de maltodextrina e 3% de goma arábica;
polpa de umbu com 15% de maltodextrina
e 5% de goma arábica e polpa de umbu
com 15% de maltodextrina e 5% de ßciclodextrina, tiveram um maior número de
partículas com aspecto enrugado com
formato côncavo e aderidas a concavidade
dessas partículas encontram-se partículas
menores
Almeida, M. M. de Influência dos estádios de
maturação e diferentes condições de
armazenagem refrigerada na conservação do
umbu (Spondia Tuberosa Arruda Câmara).
89f. Dissertação (Mestrado em engenharia
Agrícola) Departamento de Engenharia
Agrícola.
Universidade
Federal
da
Paraíba.Campina Grande, PB:UEPB, 1999
(Dissertação).
Ascheri, D.P.R. Estudo das características de
adsorção de água e da estabilidade das
microcápsulas de óleo essencial de laranja na
seleção do material de parede. Ciência e
Tecnologia de Alimentos. Campinas, v.19, n3,
p.367-373, 1999.
Bhandari, B. R.; Dumoulin,E. D.; Richard,
H.M. J.; Noleau, I.; Lebert, A. M. Flavor
encapsulation by spray drying: application to
citral and linalyl acetate. J. Food Science. v.57,
n.1, p. 217-221, 1992.
Baresfort, H. Recent development in spray
drying. J. Soc. Darcy Technol.,v. 29, p.181186. 1976.
Bispo, E. da S. Estudo dos produtos
industrialisáveis do umbu (Spondias tuberosa
Arruda Câmara). Fortaleza: UFCE, 1989.
118f. (Dissertação de Mestrado)
Braga, R. Plantas do Nordeste, especialmente
do Ceará. 3ª ed. Fortaleza: Imprensa Oficial,
1968. 540p.
Campos, O. O. Industrialização caseira do
umbu- uma nova perspectiva para o semiárido. Salvador: EPABA, 1988. 20p. (EPABA.
Circular técnica, 14).
Cardello,
H.M.A.B.,
Celestino,
E.M.
Encapsulação de aromas e sabores: utilização
de amidos com agentes encapsulantes. Bol.
SBCTA. V.30, n.2, p.166-171.1996.
Coelho, R.R.P. Curso de tecnologia de
industrialização de frutas. João Pessoa:
PROFRUTAS, 1997, 24p. (Apostila).
Constant, P.. B. L. Microencapsulamento de
bixina: Agentes encapsulantes, avaliação da
qualidade e aplicações. 136f. Dissertação
(Mestrado em Ciência e Tecnologia de
Alimentos) Departamento de Tecnologia de
Alimentos. Universidade Federal de Viçosa,
Viçosa,MG: UFV, 1999.(Dissertação).
Duque, J. G. O umbuzeiro. In: O nordeste e as
lavouras xerófilas. 3ª ed. Mossoró: Fundação
Guimarães Duque, 1980. p.283-289.
Epstein, L. Ariqueza do umbuzeiro [on
line].Disponível
na
Internet
via:
http://wwww.seagri.ba.gov.br/revista/rev
_1198/umbu.htm. Acessado em 10 abril-2003.
Figuêiredo, R.M.F. de. Caracterização físicoquímica do suco e pó de acerola ( Malpighia
punucifolia, L. ). Campinas, SP. UNICAMP,
1998. 184f. (Tese de Doutorado).
Furuta, T.; Hayashi, H.; Ohashi, T. Some
criteria of spray dryer design for food liquid.
Drying Techology. v.12, n1-2, p.151-177,
1994.
Goffreri, R.; Crosby, E. Limiting analytical
relation ships for prediction of spray dryer
performance. Ind. Eng. Chem. Process. Des.
v. 22, p.665-672. 1983.
Gomes, R.P. Mundo agrícola. São Paulo, v.
14, n.159, p.94-97. 1965
Granja, M.L.B.B. Efeito de métodos de
preservação e tempo de estocagem na
qualidade dos sucos simples de umbu
(Spondias tuberosa Arruda Câmara) e
mangaba (Mancornia spenciosa Muell. ). João
Pessoa: UFPB, 1985. 102f. (Dissertação de
Mestrado)
Guedes, Z.B.L.; Oriá,H.F.. Valor nutritivo de
frutos comestíveis ddo Ceará. Revista
Brasileira de Farmácia. Rio de Janeiro,
v.59,p. 91-97, jul/dez. 1978.
Hoehne, P.F. Frutas indígenas. São Paulo.
Instituto de Botânica, 1979. 88p.
IBGE. Sistema IBGE de Recuperação
Automática - SIDRA. Produção Extrativa
Vegetal Tabela 289 Quantidade produzida na
extração vegetal - Umbu (fruto) (Tonelada)
Ano. 1990 a 2001. Banco de Dados Agregados.
Disponível em: www.sidra.ibge.gov.br/bda/
tabela/listabl.asp?c=289. Acesso em: 23 junho2003.
69
Maia, G.A.: Oliveira, G.S.F. de O.; Figueiredo,
R.W. Curso de especilização em tecnologia
de processamento de sucos e polpas
tropicais: matérias-primas. Brasília-DF:
ABEAS, 1998. p.219-224.
Medeiros, S. S. A. Obtenção de pó de umbu
(Spondias tuberosa Arr. Câmara) para
umbuzada: processamento e caracterização
do pó. 2004. 102f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Agrícola). Departamento de
engenharia Agrícola. Universidade Federal de
Campina Grande. Campina Grande.
Mendes, B.V. Umbuzeiro (Spondias tuberosa
Arr. Câmara): importante frutífera do semiárido. Coleção Mossoroense. Série C- v.164.
1990. 67p.
Normas Analíticas Do Instituto Adolpho Lutz:
Métodos químicos e físicos para análise de
alimentos. 3ª ed. São Paulo, 1985. v.1, 533p.
Pedrosa, A.C.; Neto, L.C.; Lederman, I.E.;
Bezerra, I.E.F.; Dantas, A.P. Características
físico-químicas de frutas de 22 matrizes de
umbuzeiro (Spondias tuberosa Arruda
Câmara) provenientes de Pernambuco e da
Bahia. In: Congresso Brasileiro de Fruticultura,
1989, Fortaleza. Resumos...Fortaleza: SBF,
1989. 65p., p.59.
Peleg, M.; Mannhein, C. H.; Pass, N. Flow
properties of some food powders. Journal of
Food Science, v. 38, 1973, p. 959-964.
Kim, Y. D.; Morr, C. V. Microencapsulation
properties of gum arabic and several food
protein: spray-dried orange oil emulsion
particles. Journal Agricultural Food Chemical.
v. 44, p.1314-1320, 1996.
Pereira, A. Avaliação microestrutural de pós de
suco de maracujá obtidos por spray drying.
2000. 62 f. Dissertação ( Mestrado em Ciências
dos Alimentos) Universidade Federal de
Lavras. Lavras.
King, W.; Trubiano, P.; Perry, P. Modified
starch encapsulating agents offer superior
emulsification, film forming, and low superface
oil. Food Product Devepments . p.54-57, dez.
1976.
Queiroz, A.J. de M. Propriedades físicas e
pré-resfriamento de umbu (Spondia tuberosa
Arruda Câmara). 145f. Dissertação (Mestrado
em engenharia Agrícola). Departamento de
Engenharia Agrícola. Universidade Federal da
Paraíba. Campina Grande: UFPB, 1994
(Dissertação).
Lima, M. de F. M. de. Desidratação de polpa
de umbu em leito de jorro: Estudos
fluidodinâmicos e térmicos. 1992. 118f.
Dissertação
(Mestrado
em
Engenharia
Agrícola). Departamento de engenharia
Agrícola. Universidade Federal da Paraíba.
Campina Grande, PB.
Ré, M. I.; Higa, M. Influência das propriedades
físicas de uma solução nas propriedades do
produto seco obtido em spray dryer. Anais do
XXIII Congresso Brasileiro de Sistemas
Particulados (XXIII ENEMP). Maringá-PR,
1995. v.1, p.413-420.
70
Rosenberg, M.; Kopelman, I. J.; Talmon, Y.
Factors affecting retention in spray-drying
microencapsulation of volatile materials. J.
Agric. Food Chem., v.36, p. 1288-1294, 1990.
Silva, C.M.M. De S.; Pires J.E.; Silva, H.D. da.
Caracterização do fruto do umbuzeiro.
Petrolina, PE: EMBRAPA, 1987. 17p.
(EMBRAPA, Boletim de pesquisa, 34)
Santos, C. A. F. Relação entre caracteres de
produção do umbuzeiro com características e
teor de água do solo. Revista Brasileira de
Fruticultura. Cruz das almas, v.10, n.2, p.206212, ago. 1998.
Silva, H.; Silva, A. Q. da; Oliveira, A. R. De;
Cavalcanti, F. B. Algumas informações
pomológicas do umbuzeiro da Paraíba II.
Características tecnológicas. In: Congresso
Brasileiro de Fruticultura, 1988, Campinas,
Anais... Campinas:SBF, 1988, V.2, p. 696-701.
Santos, S. C. S. Grau de caking de pós de
abacate (Persea americana, Mill) obtidos por
spray-drying. 108 f. Dissertação (Mestrado em
Ciências de Alimentos) Escola Superior de
Agricultura de Lavras. Lavras, MG: 1983
(Dissertação).
Saturnino, H.M.; Oliveira, C.L.G. de; Caetano,
F. de S. Culturas tradicionais e plantas úteis da
região da Caatinga de Minas Gerais. Informe
Agropecuário, Belo Horizonte, v.17, n.181,
p.86-93. 1994.
Silva, F. A. S.; Azevedo, C. A. V. Versão do
programa computacional Assistat para o
sistema operacional Windows. Revista
Brasileira de Produtos Agroindustriais, v.4,
n.1, p.71-78, 2002.
.
Soler, M.P.: Radomille, L.R.; Tochini, R.P.
Processamento. In: Industrialização de
Frutas. Campinas: ITAL, 1991, p.53-113.
Souza, A.H. de.; Catão, D.D. Umbu e seu suco.
Revista Brasileira de Farmácia. Cruz da
Almas. P.335-353, nov/dez, 1970.
Sousa, J. S. I. de. Cajás, ceriguelas e umbus.
Chácaras e quintais. São Paulo, p. 335338,agosto, 1961.
Zilberboim, R.; Kopelman, I. J.; Talmon, Y.
Microencapsulation by a dehydraling liquid:
retention of paprika oeloresen and aromatic
esters. Journal of Food Science. V. 51, n.5,
p.1301-1306, 1986
ISSN 1517-8595
71
UMA EQUAÇÃO EMPÍRICA PARA DETERMINAÇÃO DE TEOR DE ÁGUA DE
EQUILÍBRIO PARA GRÃOS
Wilton P. da Silva1, Mário E. R. M. Cavalcanti Mata2, Jürgen W. Precker2,
Cleide M. D. P. S e Silva2, Cleiton D. P. S. e Silva3, Diogo D. P. S e Silva4, Antonio G. B. Lima2
RESUMO
Neste artigo é proposta uma equação empírica, com três parâmetros, para determinação de teor
de água de equilíbrio em secagem de grãos. Para tal, foi desenvolvido e utilizado um programa
de computador que ajusta, de forma automática, cerca de 500 funções contidas em sua
biblioteca, com uma e duas variáveis independentes, a dados experimentais. O programa, que
usa regressão não-linear através do método dos mínimos quadrados, classifica as melhores
funções ajustadas pelo critério do menor qui-quadrado reduzido. A equação proposta foi obtida
a partir de dados experimentais disponíveis na literatura para milho descascado de dente
amarelo, e os resultados encontrados foram comparados com os de várias outras equações
empíricas de três parâmetros comumente encontradas na literatura. Para avaliar a sua
aplicabilidade, a equação foi utilizada em estudos de diversos tipos de grãos, para os quais
foram encontrados dados na literatura. Em todas as comparações efetuadas, a equação proposta
apresenta um resultado equivalente aos melhores resultados determinados através das outras
equações empíricas testadas.
Palavras-chave: atividade de água, dessorção, modelo matemático
AN EMPIRIC EQUATION TO DETERMINE THE EQUILIBRIUM MOISTURE
CONTENT OF GRAINS
ABSTRACT
In this article, an empiric equation containing three parameters is determined for the calculation
of the equilibrium moisture content for grains. A computer program was developed and used,
which fits automatically about 500 functions of one and two independent variables, stored in its
library, to experimental data. The program uses non-linear regression by least-squares and it and
classifies the best fitted functions through their least reduced chi-square. The equation was
determined from experimental data available in the literature for shelled corn (yellow teeth), and
compared with other empirical equations that have three parameters and were, use by other
researchers. In order to evaluate its applicability, the equation was used for various types of
grains for which data were available in the literature. In all the executed tests, the obtained
equation presents equivalent or better results of the other tested empiric equations.
Keywords: drying, water activity, mathematical model, fit parameters
_____________________________________
Protocolo 100 de 10 /10 / 2005
1
2
3
4
Doutorando em Engenharia de Processos CCT/UFCG Tel +55 (0) 83 3333 2962 [email protected]
Professores da Universidade Federal de Campina Grande (DEAg, DF e DEM) Av. Aprígio Veloso 882, Bodocongó,
Campina Grande, PB, CEP 58109-970
Doutorando em Engenharia Eletrônica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Depto. Sistemas e Controle, São José dos
Campos, São Paulo, Brasil
Mestrando em Matemática, UNICAMP, Campinas, São Paulo, Brasil
72
Uma equação empírica para determinação de teor de água de equilíbrio para grãos
outras equações
literatura.
INTRODUÇÃO
A secagem é uma etapa importante no
processamento e armazenagem de grãos, tanto
pelo aspecto da qualidade quanto pelo aspecto
do custo do produto final, já que o processo
requer energia. A quantidade de energia
requerida depende, dentre outros fatores, das
condições iniciais dos grãos e do teor de
umidade de equilíbrio, também denotado por
teor de água de equilíbrio. Assim, a
determinação do teor de água de equilíbrio
desempenha um papel fundamental em
processos de secagem. Para realizar esta
determinação, vários modelos teóricos têm sido
propostos e, dentre eles, podem ser citados
Kelvin (condensação por capilaridade),
Langmuir, BET, GAB (cinética de adsorção) e
Harkins-Jura (teoria de potencial). Detalhes
sobre tais modelos podem ser obtidos, por
exemplo, em Brooker, et al. (1992). Segundo os
autores citados anteriormente, destes modelos
teóricos, apenas a equação GAB é capaz de
predizer teores de água de equilíbrio, de forma
acurada, para as mais diversas situações
práticas de condições de secagem. Como as
constantes desta equação não são conhecidas
para muitos produtos, cientistas e engenheiros
utilizam equações empíricas mais simples como
as de Chung, Copace, Henderson, Halsey,
Chung-Pfost, Oswin, Sabbah, Sigma-Copace e
Cavalcanti Mata na determinação do teor de
umidade de equilíbrio. Todas essas equações
relacionam a umidade de equilíbrio com a
temperatura e a umidade relativa do ar;
envolvem apenas três parâmetros de ajuste e
são utilizadas em um grande número de
pesquisas sobre adsorção e dessorção de
produtos em geral (ver, por exemplo,
Phoungchandang e Woods, 2000; Araújo et al.,
2001; Corrêa et al., 2001; Corrêa et al., 2002;
Silva et al., 2002 e Oliveira et al., 2004). Muito
embora outros modelos possam ser encontrados
na literatura, escassos são os trabalhos
disponíveis propondo equações empíricas para
a predição de teor de água de equilíbrio para
produtos específicos.
Diante do exposto, este artigo visa a
apresentar uma equação empírica para cálculos
de teor de água de equilíbrio em secagem de
grãos, com três parâmetros de ajuste. Também
visa a testar a sua capacidade de prever o teor
de água de equilíbrio sob várias condições
ambientais e para vários tipos de grãos, e a
comparar resultados preditos por ela com os de
Silva et al.
empíricas
reportadas
na
MATERIAL E MÉTODOS
Para resolver problemas relativos à
determinação de funções empíricas para a
descrição de dados experimentais, um programa
de computador foi desenvolvido pelo primeiro e
quarto autores deste artigo, com cerca de 500
funções elementares (compactas), de até quatro
parâmetros, com uma e duas variáveis
independentes. Este programa, denominado
Finder, utiliza o método dos mínimos
quadrados para realizar regressão não-linear, de
forma automática, de todas as funções de sua
biblioteca a um determinado conjunto de dados.
O programa classifica as melhores funções
através do critério do menor qui-quadrado
reduzido, e apresenta os resultados obtidos ao
usuário. Detalhes sobre regressão não-linear e
escolha de melhor ajuste podem ser obtidos, por
exemplo, em Taylor (1997); Silva e Silva
(1998) e em Neto et al. (2003). Após vários
testes de desempenho o programa desenvolvido
foi incorporado ao LAB Fit Curve Fitting
Software, a partir da versão 7.2.18. Como é
desejável que o Finder seja rápido, posto que
deve ajustar uma grande quantidade de funções
a um conjunto de dados que pode ser
relativamente grande, o algoritmo de
Levenberg-Marquardt (Press et al., 1996),
presente em todo o restante do pacote LAB Fit,
não foi utilizado para economizar tempo
durante a execução. Embora não existam,
disponíveis no mercado, muitos programas com
a característica de descobrir funções, ainda se
podem citar dois outros: DataFit e TableCurve.
A opção pelo desenvolvimento e a utilização do
Finder no descobrimento de equações empíricas
se deve, principalmente, ao fato de ser desejável
que tais funções sejam compactas, com até
quatro parâmetros de ajuste.
Os dados utilizados nos primeiros
estudos visando à determinação de uma
equação empírica para cálculos de teor de água
de equilíbrio são referentes a milho descascado
de dente amarelo e foram extraídos de Brooker
et al. (1992), estando disponíveis na Tabela 1.
Assumiu-se que neste conjunto de dados não
devam existir erros sistemáticos significativos,
e que ele possa ser considerado típico, para
grãos, do fenômeno a ser investigado. O
planejamento para a determinação da equação
empírica obedeceu aos passos estabelecidos a
Os dados da Tabela 1 foram informados
ao LAB Fit com a temperatura T em oC, a
umidade relativa do ar ф e o teor de água de
equilíbrio M em valores percentuais. Numa
primeira abordagem, tentou-se a determinação
73
seguir.
Tabela 1. Teor de água de equilíbrio M (%, base úmida) para milho
ф
10
20
30
40
50
60
(%)
T(oC)
4
6,4
8,6
9,9
11,2
12,6
13,9
16
5,6
7,8
9,3
10,5
11,6
12,6
27
4,2
6,4
7,9
9,2
10,3
11,5
38
4,2
6,2
7,5
8,5
9,8
11,3
50
3,6
5,7
7,0
8,1
9,3
10,5
60
3,0
5,0
6,0
7,0
7,9
8,8
Fonte: Brooker et al., (1992)
Inicialmente, deve ser feita uma
varredura direta, via Finder, de todas as funções
de duas variáveis independentes de sua
biblioteca ao conjunto de dados. Caso este
procedimento não apresente bons resultados,
deve-se buscar, também, via Finder, por duas
funções de uma variável independente que
captem, separadamente, os efeitos da
temperatura e da umidade relativa do ar sobre o
teor de água de equilíbrio. A partir dos
resultados obtidos, deve-se determinar uma
função de duas variáveis independentes,
observando, neste processo de determinação, se
o possível efeito de interação entre tais
variáveis independentes pode ser descartado.
Uma vez determinada a equação
empírica, testes estatísticos devem ser usados
para a sua validação. Para avaliar a sua
aplicabilidade, a equação proposta deve ser
utilizada no modelamento do teor de água de
equilíbrio na secagem de vários tipos de grãos.
Devem ser feitas comparações entre os
resultados obtidos pela equação determinada e
os de outras equações empíricas comumente
encontradas na literatura. Dados experimentais,
para os quais as equações empíricas testadas
sejam consideradas insatisfatórias, na predição
do teor de água de equilíbrio, devem ser
informados ao Finder, na tentativa de descobrir
equações empíricas específicas, por varredura
direta das funções de sua biblioteca.
Silva et al.
70
80
90
15,6
14,2
12,9
12,5
11,9
10,3
17,7
16,2
14,8
14,4
13,8
12,1
21,4
19,8
17,5
16,9
16,3
14,6
de uma função de duas variáveis independentes
pela varredura direta de todas as funções deste
tipo, com três parâmetros, disponíveis na
biblioteca do Finder, aos dados experimentais.
Como os resultados não foram considerados
bons, foi feita uma segunda abordagem,
conforme as etapas descritas a seguir.
Primeira etapa na obtenção da equação
Numa primeira etapa, foi investigado o
comportamento do teor de água de equilíbrio
em função da temperatura, mantendo-se a
umidade relativa do ar constante. Assim, a
partir da Tabela 1, foram criados nove
conjuntos de dados, sendo um para cada
umidade relativa do ar. Cada um destes
conjuntos de dados foi informado ao LAB Fit,
e, posteriormente, analisado pelo Finder.
Numa análise preliminar, através de
inspeção gráfica, pode-se estabelecer que dois
parâmetros devem ser suficientes para
descrever o comportamento do teor de água M
em função da temperatura T, posto que o
gráfico sugere uma função simples, monótona e
decrescente (Figura 1).
O Finder indicou, para cada um dos nove
conjuntos de dados, as melhores funções de
dois parâmetros, através de seu número de
identificação na biblioteca, e os resultados
obtidos estão disponíveis no Quadro 1.
Através da análise do Quadro 1 verificase que as funções mais freqüentes e melhor
classificadas são as de número 11 e 18. Feita
uma inspeção na biblioteca, observa-se que as
funções de número 11 e 18 são,
respectivamente, dadas por:
74
Silva et al.
M e a umidade relativa do ar ф. Para tal, foram
criados, a partir da Tabela 1, seis conjuntos de
dados com pares (ф, M) relativos às
temperaturas disponíveis. O Finder foi
novamente utilizado para cada um dos seis
conjuntos de dados e, desta vez, como a
dependência entre M e ф pareceu ser mais
complexa que a de M e T (Figura 2), buscou-se
por funções com até três parâmetros de ajuste.
Os resultados obtidos estão disponíveis no
Quadro 2.
Pela análise do Quadro 2, verifica-se que
a função presente em todas as temperaturas e
que ocupa as melhores posições de classificação
é a de número 38, dada por:
Figura 1. M(T): comportamento típico para uma
dada umidade relativa do ar (ф = 50%)
Quadro 1. Melhores funções para
indicadas pelo Finder
Ф(%)
1a
2a
3a
10
16
18
11
20
121
16
11
30
18
11
121
40
18
11
121
50
11
18
6
60
6
11
18
70
11
18
16
80
18
11
16
90
16
11
18
y  ae bx
y
1
.
a  bx  c/x
(4)
M(T)
4a
121
18
6
6
20
20
6
6
6
(1)
e
y  ab x
(2)
em que “a” e “b” são os parâmetros de ajuste.
Obviamente, tais funções são equivalentes,
embora escritas de formas diferentes, e pode-se
assumir que a dependência entre M e T seja
dada pela Equação (1) que, para o problema em
análise, pode ser escrita do seguinte modo:
M  b ' e aT .
(3)
Segunda etapa na obtenção da equação
Numa segunda etapa, foi investigada a
dependência entre o teor de água de equilíbrio
Figura 2. M(ф): comportamento típico para
uma dada temperatura (T = 50 oC)
Quadro 2. Melhores
indicadas pelo Finder
T(oC)
1a
4
184
16
184
27
38
38
38
50
38
60
34
funções para M(ф)
2a
202
202
184
202
41
38
3a
203
203
41
55
55
207
4a
38
38
55
41
202
202
Para o caso em estudo, a Equação (4) pode
ser escrita na forma:
y' 
1
.
b  c  d/
(5)
Terceira etapa na obtenção da equação
Para produzir uma função de duas
variáveis independentes a partir das Equações
(3) e (5), foi admitido que tais variáveis
independentes, T e ф, não tivessem um efeito
de sinergia muito intenso. Neste caso, este
possível efeito de interação entre as duas
variáveis independentes pode ser desprezado, o
que abre a possibilidade de separação de
variáveis na formulação da função desejada.
Assim, pode-se admitir que o parâmetro b ' da
Equação (3) possa ser substituído por y ' , dado
pela Equação (5), o que resulta em:
M
e aT
.
b  c  d/
(6)
Ajustando-se a Equação (6) aos dados da
Tabela 1, obtêm-se os resultados
a = -0,00709  0,00028,
b = 0,0955  0,0036,
c = -0,000651  0,000033,
d = 0,80  0,08,
com indicadores da qualidade do ajuste muito
favoráveis. O teste de Student (teste t), que,
neste contexto, indica a probabilidade de cada
parâmetro ser zero, mesmo tendo o valor
obtido, resultou em P(t) = 0,0 para os quatro
parâmetros. Já para o qui-quadrado reduzido,
cuja raiz quadrada, para o tipo de dados
analisados, é igual ao desvio padrão associado
ao ajuste, obteve-se χ 2red = 0,189041. Com
relação ao coeficiente de determinação, que
indica a proporção ou o percentual de variação
explicada pela regressão, obteve-se R2 =
0,990208. Por último, com relação ao teste de
Fisher-Snedecor (teste F), que compara as
variâncias da regressão e dos resíduos
(ANOVA), foi encontrado P(1657) = 0,0.
Detalhes sobre tais testes podem ser obtidos,
por exemplo, em Bevington e Robinson (1992);
Bussab e Morettin (1995); em Silva e Silva
(1998) e em Neto et al. (2003).
Apesar de a equação determinada ajustar-se
bem aos dados, ela não atende ao requisito
imposto de início: ter apenas três parâmetros de
ajuste. Como o parâmetro “a” é o único relativo
Silva et al.
75
ao decréscimo de M com o aumento de T, tal
parâmetro não pode ser descartado. Assim, após
rápidas simulações, optou-se pelo descarte do
parâmetro “d”, de forma que o último termo no
denominador passou a ser o inverso da umidade
relativa do ar. A Equação (6) passou a ser
expressa do seguinte modo:
M
e aT
.
b  c  1/
(7)
Refeito o ajuste foram obtidos os seguintes
resultados:
a = -0,00701  0,00029,
b = 0,0876  0,0019,
c = -0,000585  0,000021.
Neste ajuste o teste t apontou para P(t) = 0,0
para os três parâmetros. Já o qui-quadrado
reduzido
resultou
em
χ 2red
=
0,209017
enquanto que, para o coeficiente de
determinação, obteve-se R2 = 0,989032. Por
último, com relação ao teste F, foi encontrado
P(2317) = 0,0.
Embora estes indicadores já fossem
favoráveis, foi feita uma tentativa para melhorar
os valores de R2 e χ 2red . Para tal, algumas
funções matemáticas (tais como seno
hiperbólico e logaritmo, dentre outras) foram
aplicadas ao denominador da Equação (7),
tendo sido o ajuste refeito, o que possibilitou
chegar à seguinte expressão final:
M
e aT
,
ln (b  cΦ  1 / )
(8)
com T em oC e ф em %. Para esta equação
final, refeito o ajuste, foram obtidos os
seguintes resultados:
a = -0,00706  0,00027,
b = 1,0945  0,0019,
c = -0,000652  0,000022.
Novamente, o teste t apontou para P(t) = 0,0
para os três parâmetros. Já o qui-quadrado
reduzido resultou em
χ 2red
= 0,187365,
enquanto que, para o coeficiente de
determinação, obteve-se R2 = 0,990058. Por
último, com relação ao teste F, foi encontrado
76
P(2531) = 0,0. Com tais indicadores sobre a
qualidade do ajuste, a Equação (8) pode
constituir-se em uma alternativa para o cálculo
do teor de água de equilíbrio para os dados
analisados. Entretanto, a equação proposta só
teria alguma utilidade se pudesse descrever, de
forma razoável, teores de água de equilíbrio na
secagem de outros grãos, com precisão
equivalente ou superior à de outras equações
empíricas encontradas na literatura.
Algumas equações empíricas sobre teor de
água de equilíbrio são citadas por Brooker et al.
(1992); Öztekin e Soysal (2000); Mesquita et
al. (2001); Oliveira et al. (2004) e ,também, por
Menkov e Dukarova (2005). Dessa forma,
pode-se montar o Quadro 3, com a finalidade de
se fazer um estudo comparativo, entre a
equação proposta e outras disponíveis na
literatura. Neste quadro, nas equações com
Silva et al.
números de ordem de 1 a 9, a umidade relativa
do ar aparece dividida pelo fator 100 porque,
nos arquivos de dados, os valores desta variável
foram informados em percentuais, e não na
forma decimal.
Inicialmente, os dados experimentais da
Tabela 1 foram utilizados para comparar as 10
equações apresentadas no Quadro 3. Os dados
apresentados por Brooker et al. (1992) para soja
e trigo, também, foram utilizados para testar o
modelo proposto e estão disponíveis nas
Tabelas 2 e 3. Também foram usados para teste
os dados obtidos por Oliveira et al. (2004) na
secagem de feijão macassar verde (Tabela 4).
Foram utilizados, finalmente, os dados obtidos
por Mesquita et al. (2001) em dessorção de
sementes de jacarandá-da-bahia, de angicovermelho e de óleo-copaíba (Tabelas 5, 6 e 7,
respectivamente).
Quadro 3. Equações empíricas para cálculos de teor de água de grãos (T em oC e ф em %)
N0
1
Nome
Chung
2
Copace
3
Henderson mod.
M  a - bln[-(T  c)ln(/100)]
(a  bT  c/100)
Me
M  {ln(1  Φ/100)/[a(T  b)]} c
4
Chung-Pfost mod.
M  -ln[-(T  b)ln(/100)/a]/c
5
Halsey mod.
M  [e (a  bT) / ln( / 100)] (1/c)
6
Oswin mod.
M  {(a  bT)[( /100)/(1 - /100)]} c
7
Sabbah
M  a[(/100) b ]/T c
8
Sigma-Copace
M  exp[a - bT  c exp(/100)]
9
Cavalcanti Mata
M  [-ln(1 - /100)/(aT b )] c
10
Equação proposta
M  e aT /ln(b  c  1/ )
Equação
Tabela 2. Teor de água de equilíbrio M (%, base úmida) para soja
Ф (%)
10
20
T(oC)
5
5,2
6,3
15
4,3
5,7
25
3,8
5,3
35
3,5
4,8
45
2,9
4,0
55
2,7
3,6
30
40
50
60
70
80
90
6,9
6,5
6,1
5,7
5,0
4,2
7,7
7,2
6,9
6,4
6,0
5,4
8,6
8,1
7,8
7,6
7,1
6,5
10,4
10,1
9,7
9,3
8,7
8,0
12,9
12,4
12,1
11,7
11,1
10,6
16,9
16,1
15,8
15,4
14,9
-
22,4
21,9
21,3
20,6
-
Tabela 3. Teor de água de equilíbrio M (%, base úmida) para trigo
ф (%)
10
20
T(oC)
20
5,5
7,0
40
5,3
6,0
80
2,4
3,6
30
40
50
60
70
80
90
8,2
7,4
4,5
9,6
8,6
5,5
10,9
9,7
6,7
12,0
11,0
7,8
13,4
12,3
9,6
14,8
14,0
11,4
17,1
16,3
13,9
Silva et al.
77
Tabela 4. Teor de água de equilíbrio M (%, base seca) para feijão macassar verde
ф (%)
10
20
T(oC)
20
2,65
6,32
30
2,18
6,23
40
3,16
6,25
50
3,12
5,70
Fonte: Oliveira et al., (2004)
25
35
45
55
65
75
85
8,50
7,31
7,20
6,30
10,09
8,85
9,30
7,76
12,60
11,53
10,45
9,61
15,30
12,45
11,80
11,05
16,86
16,10
14,80
13,55
23,30
20,60
19,91
18,30
29,45
26,80
25,50
24,70
Tabela 5. Teor de água de equilíbrio M (%, base seca) para sementes de jacarandá
ф (%)
34,5
T(o)
5
8,71
ф (%)
32,5
T(o)
25
7,39
Fonte: Mesquita et al., (2001)
59,0
75,0
82,5
94,5
98,5
11,98
53,0
18,91
64,0
34,25
75,5
53,96
88,5
64,55
97,5
9,59
14,22
16,35
24,73
54,25
Tabela 6. Teor de água de equilíbrio M (%, base seca) para sementes de angico
ф (%)
34,5
T(o)
5
7,34
ф (%)
32,5
T(o)
25
6,68
59,0
75,0
82,5
94,5
98,5
16,21
53,0
21,54
64,0
47,86
75,5
88,86
88,5
107,51
97,5
14,72
18,27
18,81
35,19
84,67
Tabela 7. Teor de água de equilíbrio M (%, base seca) para sementes de copaíba
ф (%)
34,5
T(o)
5
9,64
ф (%)
32,5
T(o)
25
7,84
59,0
75,0
82,5
94,5
98,5
11,38
53,0
19,45
64,0
24,30
75,5
34,12
88,5
50,47
97,5
8,91
11,09
16,80
23,69
30,58
Em todos os ajustes, relativos às dez
equações aplicadas aos sete conjuntos de dados,
a tolerância imposta foi de 1x10-6. Como, em
muitos dos ajustes realizados, foi obtido P(t) =
0,0 (teste t) para os parâmetros e P(F) = 0,0
(teste F), tais indicadores foram omitidos nas
tabelas apresentadas a seguir. Na Tabela 8, são
apresentados os ajustes das dez equações
empíricas aos dados da Tabela 1. Na Tabela 9,
encontram-se os resultados dos ajustes de tais
equações aos dados da Tabela 2. Na Tabela 10,
estão os resultados dos ajustes relativos aos
dados da Tabela 3. Já os resultados dos ajustes
das equações empíricas aos dados das Tabelas
4, 5, 6 e 7 são apresentados nas Tabelas 11, 12,
13 e 14, respectivamente.
Análise dos resultados obtidos
Uma observação das Tabelas 8 (milho), 9
(soja), 10 (trigo), 11 (feijão), 12 (jacarandá), 13
(angico) e 14 (copaíba) possibilita constatar a
equivalência entre a equação de Chung (1) e de
Chung-Pfost modificada (4), para todos os
conjuntos de dados analisados. Assim, as duas
equações serão tratadas como uma só: ChungPfost modificada. Uma análise global das
tabelas de resultados possibilita, também,
montar o Quadro 4, que classifica, a partir dos
valores de χ 2red e R2, as melhores equações
empíricas para cada conjunto de dados
analisado. Com relação à soja (Tabela 9), devese considerar que a equação proposta ( χ 2red =
0,214650 e R2 = 0,992341) e a equação SigmaCopace ( χ 2red = 0,210320 e R2 = 0,992337)
estejam numa mesma posição, no quadro de
classificação, por possuírem dois indicadores de
qualidade competitivos (conflitantes).
78
Uma inspeção do Quadro 4 indica que a
equação proposta neste artigo é bastante eficaz
na predição de teor de água de equilíbrio para
os grãos estudados. Para todos os conjuntos de
Silva et al.
dados analisados, tal equação ou é a melhor ou
é a segunda melhor, de acordo com os
indicadores para a escolha do melhor ajuste.
Tabela 8. Resultados dos ajustes das 10 equações empíricas (Quadro 3) aos dados da Tabela 1 (grãos
de milho)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
25,41 ± 0,38
1,810 ± 0,027
0,000048 ± 0,000005
418 ± 22
6,77 ± 0,27
12,27 ± 0,15
26,0 ± 1,1
1,20 ± 0,05
0,00119 ± 0,00023
-0,00706 ± 0,00027
4,21 ± 0,07
0,0071 ± 0,0004
35,5 ± 2,7
26,1 ± 2,4
-0,0204 ± 0,0018
-0,0707 ± 0,0037
0,663 ± 0,030
0,0071 ± 0,0005
0,302 ± 0,021
1,0945 ± 0,0019
26,1 ± 2,4
1,415 ± 0,034
0,432 ± 0,008
0,238 ± 0,004
2,87 ± 0,10
0,274 ± 0,006
0,130 ± 0,013
0,778 ± 0,024
0,432 ± 0,012
-0,000652 ± 0,000022
0,986534
0,978841
0,987795
0,986534
0,954770
0,982612
0,941807
0,964648
0,974868
0,990058
0,253709
0,402404
0,230069
0,253709
0,874249
0,337864
1,10654
0,676599
0,473691
0,187365
de soja)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
32,2 ± 1,4
5,47 ± 0,17
75 ± 18
0,957467
1,16728
2
1,14 ± 0,05
0,0051 ± 0,0007
2,20 ± 0,05
0,979689
0,572938
3
0,00022 ± 0,00004
114 ± 26
0,695 ± 0,023
0,966194
1,00048
4
(36 ± 6) x 101
75 ± 18
0,183 ± 0,006
0,957467
1,16728
5
3,81 ± 0,11
-0,0084 ± 0,0012
1,899 ± 0,036
0,985401
0,413718
6
9,39 ± 0,16
-0,039 ± 0,004
0,421 ± 0,008
0,987923
0,332253
7
27,1 ± 2,4
1,17 ± 0,08
0,095 ± 0,029
0,895227
3,23293
8
0,225 ± 0,039
0,0047 ± 0,0004
1,191 ± 0,017
0,992337
0,210320
9
0,0230 ± 0,0039
0,118 ± 0,026
0,704 ± 0,025
0,961242
1,14425
10
-0,0046 ± 0,0004
1,177 ± 0,004
-0,00161 ± 0,00004
0,992341
0,214650
de trigo)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
23,2 ± 0,5
1,74 ± 0,05
0,000058 ± 0,000014
434 ± 34
6,6 ± 0,5
11,31 ± 0,30
37 ± 5
1,13 ± 0,09
0,00055 ± 0,00025
-0,0059 ± 0,0006
3,82 ± 0,10
0,0059 ± 0,0006
32 ± 9
18 ± 4
-0,0171 ± 0,0027
-0,052 ± 0,005
0,67 ± 0,05
0,0059 ± 0,0007
0,55 ± 0,07
1,105 ± 0,005
18 ± 4
1,42 ± 0,06
0,436 ± 0,020
0,262 ± 0,007
2,87 ± 0,17
0,274 ± 0,012
0,242 ± 0,037
0,78 ± 0,04
0,434 ± 0,022
-0,00073 ± 0,00006
0,986391
0,970619
0,966541
0,986391
0,938516
0,966337
0,930483
0,955573
0,959955
0,973110
0,229502
0,507721
0,566200
0,229502
1,07582
0,588016
1,17879
0,773579
0,677444
0,458878
Silva et al.
79
Tabela 11. Resultados dos ajustes das 10 equações empíricas (Quadro 3) aos dados da Tabela 4 (feijão
macassar verde)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
49,0 ± 2,2
1,53 ± 0,06
0,000230 ± 0,000035
(30 ± 6) x 101
3,91 ± 0,17
14,62 ± 0,38
67 ± 13
0,52 ± 0,09
0,0077 ± 0,0015
-0,0077 ± 0,0009
8,61 ± 0,25
0,0072 ± 0,0011
68 ± 13
63 ± 20
-0,0114 ± 0,0021
-0,083 ± 0,010
1,16 ± 0,06
0,0071 ± 0,0013
0,32 ± 0,04
1,093 ± 0,005
63 ± 20
2,33 ± 0,07
0,739 ± 0,019
0,1161 ± 0,0033
1,61 ± 0,05
0,480 ± 0,010
0,24 ± 0,06
1,29 ± 0,04
0,740 ± 0,019
-0,00089 ± 0,00005
0,973972
0,980884
0,985676
0,973972
0,974454
0,989295
0,953782
0,974564
0,985940
0,988234
1,45524
1,06940
0,813511
1,45524
1,48080
0,607839
2,73322
1,44343
0,798743
0,751179
Tabela 12. Resultados dos ajustes das 10 equações empíricas (Quadro 3) aos dados da Tabela 5
(sementes de jacarandá)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
58 ± 9
-0,1 ± 0,4
0,00063 ± 0,00030
71 ± 37
6,4 ± 1,2
15,0 ± 2,5
85 ± 13
-0,9 ± 0,4
0,050 ± 0,019
-0,0103 ± 0,0035
13.6 ± 1,1
0,011 ± 0,004
(9 ± 5) x 101
34 ± 25
-0,018 ± 0,016
-0,10 ± 0,08
3,7 ± 0,5
0,0113 ± 0,0036
0,12 ± 0,05
1,117 ± 0,015
34 ± 25
4,4 ± 0,5
1,00 ± 0,09
0,073 ± 0,006
2,45 ± 0,29
0,38 ± 0,04
0,15 ± 0,07
1,92 ± 0,16
1,00 ± 0,09
-0,00115 ± 0,00015
0,950962
0,963226
0,963103
0,950962
0,920174
0,931430
0,950732
0,972101
0,963103
0,974310
24,6548
20,3842
18,5574
24,6548
41,6785
35,6640
31,5785
14,5202
18,5574
13,2585
(sementes de angico)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
94 ± 17
-0,8 ± 0,5
0,00079 ± 0,00038
55 ±35
6,1 ± 1,3
20 ± 4
155 ± 22
-1,6 ± 0,5
0,063 ± 0,026
-0,012 ± 0,004
23,5 ± 2,1
0,014 ± 0,004
(9 ± 5) x 101
36 ± 32
-0,019 ± 0,017
-0,16 ± 0,13
5,0 ± 0,6
0,0135 ± 0,0039
0,12 ± 0,05
1,082 ± 0,014
36 ± 32
5,7 ± 0,6
1,19 ± 0,11
0,0425 ± 0,0038
2,14 ± 0,28
0,44 ± 0,05
0,18 ± 0,06
2,39 ± 0,20
1,19 ± 0,11
-0,00085 ± 0,00014
0,936469
0,970973
0,960358
0,936469
0,915396
0,926067
0,964900
0,975717
0,960358
0,970789
96,4009
49,3493
60,4452
96,4009
134,690
117,324
68,2489
38,3351
60,4452
47,7843
(sementes de copaíba)
N0
a
b
c
R2
2
χ red
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
37 ± 4
0,75 ± 0,33
0,00069 ± 0,00018
79 ± 31
7,5 ± 0,8
14,2 ± 1,1
60 ± 10
0,05 ± 0,33
0,022 ± 0,007
-0,0148 ± 0,0031
8,4 ± 0,7
0,015 ± 0,005
41 ± 11
19 ± 12
-0,039 ± 0,012
-0,16 ± 0,04
2,5 ± 0,4
0,0149 ± 0,0038
0,22 ± 0,05
1,120 ± 0,013
19 ± 12
3,17 ± 0,36
0,80 ± 0,05
0,119 ± 0,010
2,93 ± 0,22
0,318 ± 0,021
0,19 ± 0,07
1,43 ± 0,13
0,80 ± 0,05
-0,00112 ± 0,00014
0,950118
0,945916
0,979645
0,950118
0,962096
0,970984
0,917083
0,960955
0,979645
0,973879
10,0238
11,6238
4,18963
10,0238
7,70804
5,87734
19,5631
8,11632
4,18963
5,35124
80
Silva et al.
Quadro 4. Performance das equações empíricas com relação aos ajustes efetuados para os diversos
grãos analisados. Classificação a partir dos resultados detalhados nas Tabelas 8, 9, 10, 11, 12, 13 e 14
Grãos
1o
2o
3o
Milho (Tab. 1)
Equação proposta (10)
Henderson mod. (3)
Chung-Pfost mod. (4)
Soja (Tab. 2)
Oswin mod. (6)
Halsey mod. (5)
Sigma-Copace (8)
Trigo (Tab. 3)
Chung-Pfost mod. (4)
Copace (2)
Feijão (Tab. 4)
Oswin mod. (6)
Cavalcanti Mata (9)
Jacarandá (Tab.
Sigma-Copace (8)
Cavalcanti Mata (9)
5)
Henderson mod. (3)
Angico (Tab. 6)
Sigma-Copace (8)
Cavalcanti Mata (9)
Copace (2)
Henderson mod. (3)
Copaíba (Tab.
Cavalcanti Mata (9)
Oswin mod. (6)
7)
Henderson mod. (3)
Muito embora não tenha sido explicitado
nas tabelas de resultados, nenhuma das dez
equações empíricas produz bons ajustes para
os três últimos conjuntos de dados (Tabelas 5,
6 e 7). Isso poderia ser verificado pela análise
do teste t e, observando-se os resultados deste
teste para os três conjuntos de dados, fica claro
que um ou mais parâmetros de cada equação
tem uma certa probabilidade de ser zero,
mesmo tendo o valor determinado. Assim,
mesmo existindo “um melhor ajuste”, fica
implícito a necessidade de se buscar novos
modelos, mais compatíveis com tais dados
experimentais e para os quais os parâmetros de
ajuste tenham níveis de confiança aceitáveis.
O ajuste da Equação (10) aos dados da
Tabela 3, resulta em R2 = 0,985732 e χ 2red =
0,240606, o segundo melhor dentre todos os
resultados obtidos. Entretanto, os resultados
mais favoráveis no uso direto do Finder para o
descobrimento de funções são aqueles
oriundos dos três últimos conjuntos de dados,
relativos às Tabelas 5 (jacarandá), 6 (angico) e
7 (copaíba). Para todos, estes conjuntos de
dados são descobertas equações empíricas, por
varredura direta, cujos resultados são melhores
do que os melhores resultados obtidos através
das dez equações do Quadro 3. Para as Tabelas
5 e 6, a melhor função de três parâmetros é
aquela dada pela Equação (9). Para a Tabela 5
O Finder na determinação de outras
equações
(jacarandá) são obtidos R2 = 0,974613 e χ 2red =
Embora uma varredura direta das funções
do Finder não tenha resultado em sucesso para
os dados da Tabela 1, utilizados para a
obtenção da equação empírica apresentada
neste artigo, bons resultados podem ser obtidos
para outros conjuntos de dados. Para os dados
relativos à Tabela 2 (soja), por exemplo, o uso
do Finder descobre a função
(angico) são encontrados R2 = 0,976978 e χ 2red
2
(bT  c )
M  ae
12,9927, enquanto que para a Tabela 6
,
(9)
cujo ajuste a coloca na segunda posição do
ranking de funções para este conjunto de
= 35,7021. Com relação à Tabela 7 (copaíba),
o Finder descobriu a função
M
1
a  b  c/T
(11)
que, ajustada aos dados, resulta em R2 =
0,982409 e χ 2red = 3,53613. Para estes três
últimos ajustes há uma considerável melhora
com relação ao teste t sendo que, para a Tabela
7, foi obtido P(t) = 0,0 para todos os
parâmetros.
dados, com R2 = 0,988269 e χ 2red = 0,328439.
Já para os dados da Tabela 3 (trigo) é
descoberta a função
CONCLUSÕES
M  a  b  cT 2 .
A partir da análise dos resultados obtidos é
possível concluir que:
(10)
1. para os conjuntos de dados analisados a
Equação (8), proposta neste artigo, apresenta
resultados tão bons ou, até mesmo, melhores
resultados obtidos por outras equações
empíricas examinadas, o que sugere que tal
equação possa ser útil também para outros
tipos de grãos;
2. o programa Finder foi capaz de
descobrir, por varredura direta, algumas
equações específicas dentre as tentativas para
os vários conjuntos de dados analisados,
produzindo três resultados melhores que os
obtidos até então, indicando que tal programa
pode ser útil na descoberta de equações
empíricas para outros tipos de produtos;
3. a metodologia utilizada para modelar os
sete conjuntos de dados analisados (equação
proposta + varredura direta) possibilitou a
obtenção de 5 resultados melhores que os de
outras equações empíricas examinadas e dois
resultados classificados na segunda posição.
Araújo, E. F.; Corrêa, P. C.; Silva, R. F.
Comparação de modelos matemáticos para
descrição das curvas de dessorção de
ementes de milho-doce. Pesq. Agropec.
Bras., Brasília, v. 36, n. 7, p. 991-995,
2001.
Bevington, P. R.; Robinson, D. K. Data
reduction and error analysis for the
physical sciences. Boston: McGraw-Hill,
1992. 327p.
Brooker, D. B.; Bakker-Arkema, F. W.; Hall,
C. W. Drying and storage of grains and
oilseeds. Westport: The AVI Publishing
Company, 1992. 450p.
Bussab, W. O.; Morettin, P. A. Estatística
básica. São Paulo: Atual Editora LTDA,
1995. 322p.
Corrêa, P. C.; Júnior, P. C. A.; Andrade, E. T.
Modelagem matemática da atividade de
água em polpa cítrica peletizada. Revista
Brasileira de Engenharia Agrícola e
Ambiental, Campina Grande, v. 5, n. 2, p.
283-287, 2001.
Corrêa, P. C.; Júnior, P. C. A.; Stringheta,
P.C.; Cardoso, J. B. Equilíbrio higroscópico
e atividade de água para ovo integral
processado em “spray dryer”. Revista
Silva et al.
81
Brasileira de Produtos Agroindustriais,
v. 4, n. 1, p. 15-22, 2002
DataFit Curve Fitting V. 8.0, Disponível em:
<www.oakdaleengr.com>, Acesso em :
16/11/2005.
LAB Fit Curve fitting software (1999-2004) v.
7.2.29, Disponível em: <www.labfit.net>
Acesso em: 16/11/2005
Menkov, N. D.; Durakova, A. G. Equilibrium
moisture content of semi-defatted pumpkin
seed flour. International Journal of Food
Engineering, v.1, n.3, p.1-6, 2005
Mesquita, J. B.; Andrade, E. T. e Corrêa, P. C.
Modelos matemáticos e curvas de umidade
de equilíbrio de sementes de jacarandá-dabahia, angico-vermelho e óleo-copaíba.
Cerne, Lavras, v.7, n.2, p.012-021, 2001.
Neto, B. B.; Scarmínio, I. S. e Bruns, R. E.
Como fazer experimentos. Campinas: Editora
UNICAMP, 2003. 401p.
Oliveira, J. R.; Mata, M. E. R. C. e Duarte, M.
E. M. Isotermas de dessorção de grãos de
feijão macassar verde (vigna unguiculata
(L.) Walpers), variedade sempre verde.
Revista
Brasileira
de
Produtos
Agroindustriais, Campina Grande, v.6,
n.1, p.61-70, 2004
Öztekin, S. e Soyal, Y. Comparison of
adsorption and desorption isoteric heats for
some grains. Agricultural Engineering
International: the CIGR Journal of
Scientific Research and Development,
v.2, p.1-17, 2000.
Phoungchandang, S.; Woods, J. L. Moisture
diffusion and isotherms for banana.
Journal of Food Science, v.65, n. 4, p.
651-657, 2000.
Press, W. H.; Teukolsky, S. A.; Vetterling, W.
T. e Flannery, B. P. Numerical recipes:
FORTRAN 77 the art of scientific
computing. Cambridge: University Press,
1996. 933p
Silva, M. M.; Gouveia, J. P. G.; Almeida, F. A.
C. Dessorção e calor isostérico em polpa de
manga. Revista Brasileira de Engenharia
Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.
6, n. 1, p. 123-127, 2002.
82
Silva, W. P.; Silva, C. M. D. P. S. Tratamento
de dados experimentais. 2a Ed. João
Pessoa: UFPB Editora Universitária, 1998.
197p.
Silva et al.
TableCurve 3D 4.0,
<www.systat.com>,
16/11/2005.
Disponível
Acesso
em:
em:
Taylor, J. R. An introduction to error
analysis. 2nd Edition, University Science
Books, Sausalito, California, 1997, 327p.
ISSN 1517-8595
83
TRANSIÇÕES DE FASES EM ALIMENTOS: INFLUÊNCIA NO
PROCESSAMENTO E NA ARMAZENAGEM
Juliana Tófano de Campos Leite1, Fernanda Elisabeth Xidieh Murr2; Kil Jin Park3
RESUMO
Alimentos são compostos por uma combinação de diferentes componentes e, por essa razão,
geralmente existem em um estado de não-equilíbrio amorfo. A transição vítrea é a principal
transição de fases observada em componentes amorfos e, portanto, a mais comum em alimentos.
A transição vítrea em materiais amorfos ocorre em uma faixa de temperaturas, mas geralmente é
associada a um único valor – a temperatura de transição vítrea (Tg). Essa temperatura varia com
a composição dos alimentos, principalmente com a concentração de água. O conhecimento do
comportamento da temperatura de transição vítrea em função da umidade dos alimentos é
essencial para a determinação das melhores condições de processamento e armazenagem dos
alimentos.
Palavras-chave: transição vítrea, diagramas de estado, atividade de água, plastificação pela
água
PHASES TRANSITIONS IN FOODS: INFLUENCE IN THE
PROCESSING AND STORAGE
ABSTRACT
Food is composed by a combination of several components and, for this reason, generally in at a
non-equilibrium amorphous state. The glass transition is the main phases transition observed at
amorphous materials; therefore it is the most common in food materials. The glass transition in
amorphous materials occurs at a range of temperatures, but it is often referred to the single
temperature value – the glass transition temperature (Tg). This temperature varies with the food
composition, mainly with the water content. The knowledge of the glass transition temperature
behavior in function of the food moisture content is very important to determine the best
conditions for food processing and storing.
Keywords: glass transition, phase diagrams, water activity, plasticizing by water
____________________________
Protocolo 150 Protocolo 100 de 10 /01 / 2005
1
2
3
Doutoranda em Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos – Faculdade de Engenharia de Alimentos –
Universidade Estadual de Campinas. Caixa Postal 6121. CEP: 13083-970. Campinas-SP, Brasil. E-mail: [email protected]
Professora - Departamento de Engenharia de Alimentos – Faculdade de Engenharia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas.
Caixa Postal 6121. CEP: 13083-970. Campinas-SP, Brasil. E-mail: [email protected]
Professor Titular - Faculdade de Engenharia Agrícola – Universidade Estadual de Campinas. Caixa Postal 6011. CEP: 13084-971.
Campinas-SP, Brasil. E-mail: [email protected]
84
Transições de fases em alimentos:Influência no processamento e na armazenagem
INTRODUÇÃO
A estabilidade é uma característica
extremamente desejável em alimentos. Ao
adquirir um produto, o consumidor deseja que
ele mantenha a sua qualidade pelo maior tempo
possível,
tanto
do ponto
de vista
sensorial,
quanto
do
microbiológico.
Termodinâmica-mente, um material estável é
aquele que se encontra em equilíbrio com as
condições de temperatura e pressão do
ambiente, de forma que ele não apresente
alterações em seu estado físico ao longo do
tempo.
Compostos,
quimicamente
puros,
geralmente, são estáveis. No entanto, os
alimentos são formados por uma combinação
de diferentes componentes e, por essa razão,
geralmente, existem em um estado de nãoequilíbrio amorfo. Materiais amorfos são
compostos susceptíveis às mudanças de
temperatura e pressão do ambiente, de modo
que pequenas variações nas condições
ambientes podem provocar mudanças de estado
em alguns componentes, causando mudanças
estruturais indesejáveis.
A mudança de fase mais comum em
alimentos é a transição vítrea, que consiste em
uma transição de fase de segunda ordem de um
estado sólido-vítreo para um estado semilíquido gomoso. A transição vítrea de um
composto ocorre a uma certa temperatura,
denominada temperatura de transição vítrea
(Tg), que é variável com a composição do
alimento, principalmente, com o teor de água.
A textura é um dos atributos sensoriais de
maior importância em alimentos e está
diretamente relacionada com o seu estado
físico. Durante o processamento e a
armazenagem, os alimentos estão sujeitos a
uma série de variações na sua composição e nas
condições de temperatura e pressão do
ambiente, as quais levam a alterações no seu
estado físico e, consequentemente, na sua
textura. O conhecimento da temperatura de
transição vítrea em função da concentração de
água é de extrema importância na formulação e
na determinação das condições ideais de
processamento e armazenagem de alimentos, de
forma a manter a qualidade do produto pelo
maior tempo possível.
Diagramas de estado são diagramas de
fase simplificados obtidos pela sobreposição da
curva de transição vítrea (Tg versus
concentração) ao diagrama de equilíbrio,
permitindo visualizar os pontos de transição
Leite et al.
entre os estados sólidos amorfos de nãoequilíbrio da matéria, ou seja, os estados vítreo
e gomoso. Esses diagramas são extremamente
úteis no estudo das transições de fase em
alimentos, pois permitem visualizar a influência
das condições de umidade e temperatura do
ambiente sobre o estado físico dos alimentos.
Por essa razão, são ferramentas indispensáveis
na determinação das condições ideais de
processamento e armazenagem dos alimentos.
O objetivo desse trabalho é demonstrar,
através dos trabalhos científicos, a importância
de se conhecer o comportamento da
temperatura de transição vítrea em função da
concentração de água nos alimentos.
Transições de fase em alimentos
Transições de fase são alterações no
estado físico dos materiais que têm efeito
significativo sobre as suas propriedades físicas.
Existem três estados físicos básicos: sólido,
líquido e gasoso. O termo transição refere-se à
mudança, no estado, provocada por uma
alteração de temperatura ou pressão. As
transições de fase em alimentos ocorrem,
geralmente, como um resultado de mudanças na
composição ou na temperatura, durante as
etapas de processamento ou armazenagem
(Roos, 1995a).
A estabilidade é uma característica
extremamente desejável em alimentos. Ao
adquirir um produto, o consumidor deseja que a
sua qualidade seja mantida pelo maior tempo
possível, tanto do ponto de vista microbiológico, quanto do sensorial. No entanto, os
alimentos são formados por diversos
componentes que estão sujeitos às variações de
condições do ambiente e, consequentemente, a
uma série de alterações que podem resultar na
perda de qualidade e até na completa
deterioração desses materiais.
Termodinamicamente,
um
material
estável é aquele que se encontra em equilíbrio
com as condições de pressão e temperatura do
ambiente, isto é, que não apresenta mudanças
em seu estado físico em função do tempo. No
equilíbrio, a estrutura molecular desses
materiais se encontra organizada da melhor
forma possível, de modo que se obtenha o
menor nível de energia para o sistema. Em
geral, materiais em equilíbrio são compostos
puros, a uma determinada temperatura e pressão
(Roos, 1995a).
Alimentos são sistemas complexos, pois
não são compostos puros, mas sim uma
combinação de uma grande variedade de
componentes, tais como carboidratos, lipídeos,
proteínas, fibras e água. De acordo com Roos
(1995a), o estado físico dos alimentos,
geralmente, é governado pela transição de fase
dos seus principais componentes. Uma vez que
a água é o principal componente e diluente, na
grande maioria dos alimentos, ela deve afetar,
significativamente, o estado físico e a as
propriedades dos demais compostos.
A maior parte dos alimentos, assim como
uma grande quantidade de polímeros sintéticos,
existe em um estado de não-equilíbrio amorfo,
que pode ser definido como uma falta de
organização das moléculas, sendo o oposto ao
estado cristalino, o qual se caracteriza pelo
melhor arranjo da estrutura. Esses materiais são,
geralmente metaestáveis, de modo que seu
estado físico e suas propriedades físicoquímicas mudam de comportamento, durante as
etapas
de
processamento,
estocagem,
distribuição e consumo (Roos, 1995a; Slade &
Levine, 1991).
De acordo com Roos (1995a), materiais
amorfos podem ser obtidos como resultado de
diversos processos. Sua formação ocorre,
através de uma mudança no material, a qual
deve ocorrer em uma velocidade, suficientemente alta, de maneira que não haja tempo para
que o produto se ajuste às mudanças que
ocorreram na vizinhança e, portanto, saia do
estado de não-equilíbrio para o estado de
equilíbrio.
Materiais amorfos podem ser formados
em processos onde a temperatura é reduzida
abaixo do ponto de fusão ou quando ocorre
remoção de água por evaporação ou por
congelamento (Slade & Levine, 1991). O
resfriamento rápido de alimentos com alto teor
de água, também, resulta na formação de
materiais amorfos, através de uma diminuição
na mobilidade molecular do material, evitando
a cristalização da água. Materiais amorfos,
também, são obtidos da fusão de polímeros
cristalinos, podendo ser resfriados para um
estado viscoelástico (gomoso) ou para um
estado sólido (vítreo) (Roos, 1995).
Transição vítrea
Em alimentos, a mudança de fase mais
importante, que é característica de materiais
amorfos, é a transição vítrea, que consiste em
uma transição de fase de segunda ordem de um
estado sólido-vítreo para um estado semilíquido
gomoso. Termodinamicamente, a transição
Leite et al.
85
vítrea pode ser definida como uma
pseudotransição de fase de segunda ordem, pois
apresenta características típicas desse tipo de
transição, como mudança na tangente de
expansão do volume (a primeira derivada da
energia livre), a descontinuidade do coeficiente
de expansão térmica e a descontinuidade do
calor específico (segunda derivada da energia
livre). Ela não pode ser classificada como uma
transição termodinâmica verdadeira por ser
afetada pela cinética de formação da forma
vítrea, como as velocidades de aquecimento ou
resfriamento (Roos, 1995a).
A transição vítrea ocorre através de uma
faixa de temperaturas, embora seja, freqüentemente, referida a uma única temperatura. A
temperatura, a uma dada umidade, à qual é
atribuída essa transição é denominada
temperatura de transição vítrea – Tg
(Kauzmann, 1948; Sperling, 1992). Na ciência
clássica de polímeros, a Tg é, freqüentemente,
associada à temperatura do ponto médio
(midpoint) da variação do calor específico do
material (Cp), entre os estados vítreo e líquido
(Wunderlich, 1990). Roos & Karel (1991e)
atribuíram os valores de Tg ao ponto inicial da
transição, por se tratar da temperatura em que
os autores observaram rápidas mudanças na
viscosidade do sistema.
Os valores da temperatura de transição
vítrea de compostos amorfos e alimentos são
mais freqüentemente determinados pela técnica
de calorimetria diferencial de varredura (CDV).
Essa metodologia detecta uma mudança típica
no calor específico da amostra à temperatura de
transição vítrea. O valor da Tg de uma única
amostra depende do seu histórico térmico, de
forma que um mesmo método de análise pode
fornecer diferentes valores de Tg. Geralmente,
o valor considerado como a temperatura de
transição vítrea é a temperatura inicial ou a
temperatura média da faixa de variação de Tg
(Bhandari et al., 1997; Roos, 1995b).
O conhecimento da temperatura de
transição vítrea é de grande importância em
materiais amorfos, pois muitas propriedades
físicas desses materiais podem ser relacionadas
ao seu valor (Slade & Levine, 1991). Em
alimentos, a Tg está diretamente ligada à
alteração de textura dos materiais, que é uma
das propriedades mais relevantes do ponto de
vista sensorial.
Quando materiais amorfos se encontram
sob baixas temperaturas (estado vítreo) eles são
duros e quebradiços, com características vítreas,
similares às observadas em plásticos duros, lãs
de vidro ou biscoitos crocantes (crisp crackers)
86
(Labuza, 2004; Sperling, 1992). Um aumento
na temperatura pode causar nesses materiais
uma transformação para o estado gomoso, um
estado menos viscoso, à temperatura de
transição vítrea (Tg).
A crocância característica de alimentos
no estado vítreo é altamente desejada em
biscoitos, batatas fritas, cereais matinais e
alimentos desidratados. Já a maciez associada
ao estado gomoso é desejável em alguns
produtos desidratados, como damasco e banana,
e, também, em produtos industrializados, como
é o caso de alguns biscoitos e recheios (Baroni,
2004; Labuza, 2004). A determinação das
propriedades de estado em alimentos, em
função da temperatura e da concentração de
água, fornece informações valiosas no
estabelecimento da formulação, processamento,
embalagem e estocagem para que seja evitada a
mudança de fase (vítreo-gomoso), mantendo o
Leite et al.
alimento na forma desejada para o consumo
pelo maior tempo possível (Roos, & Karel,
1991a).
A teoria da transição vítrea da ciência dos
polímeros pode ajudar na compreensão das
propriedades texturais de alimentos e explicar
as alterações que ocorrem durante o
processamento e a armazenagem, tais como a
pegajosidade, o empelotamento, o amolecimento e o endurecimento (Labuza, 2004; Roos
& Karel, 1991a, 1991b, 1991c, 1991d, 1991e;
Slade & Levine, 1989; Sperling, 1992).
Uma vez que a maior parte dos polímeros
é termoplástica e sujeita a plastificação pela
água, suas propriedades físicas são governadas
pela temperatura e pela quantidade de água
(Slade & Levine, 1991). Na Figura 1, pode-se
observar um diagrama representativo da
transição entre os estados vítreo e gomoso.
Figura 1 – Diagrama representativo da transição entre os estados vítreo e gomosos para um material
amorfo (Adaptado de Labuza et al., 2004)
A partir da observação da Figura 1,
percebe-se que a transição do estado vítreo para
o gomoso pode ocorrer, tanto pelo aumento da
temperatura, como pelo aumento na
concentração do plasticizante, no caso, a
concentração de água (umidade). À temperatura
de transição vítrea ocorre uma mudança drástica
no movimento local das cadeias de polímeros,
resultando em inúmeras diferenças entre as
propriedades dos estados vítreo e gomoso.
Quando um alimento é submetido a um
ambiente de elevada umidade relativa e
temperatura constante, ele absorve água,
havendo um aumento na concentração desse
plasticizante. Com isso, ocorre uma redução na
sua viscosidade e um consequente aumento na
mobilidade molecular, dentre outras modificações. Analogamente, em um material submetido
a um aumento da temperatura acima da Tg, com
umidade constante, observam-se várias
alterações, tais como: aumento de volume livre,
decréscimo da viscosidade, aumento do calor
específico e aumento da expansão térmica
(Kauzmann, 1948; White & Cakebread, 1966).
Dentre as transformações observadas,
aquelas que mais afetam o comportamento dos
alimentos estão relacionadas ao aumento
exponencial da mobilidade molecular e ao
decréscimo de viscosidade (Ross & Karel,
1991; Slade & Levine, 1991). Esses fatores
governam uma série de transformações
estruturais dependentes do tempo e, muitas
vezes, relacionadas à viscosidade, tais como:
pegajosidade, colapso (perda de estrutura,
escoamento sob a força da gravidade) e
cristalização durante o processamento e a
armazenagem.
Alimentos que se encontram no estado
vítreo possuem viscosidades muito elevadas, da
ordem de 1012Pa, o que provoca uma
imobilização das moléculas e não permite os
rearranjos necessários para a formação de
estruturas cristalinas. Por essa razão, supõe-se
que tais materiais sejam estáveis abaixo da
linha da Tg. Quando, pela absorção de água ou
pelo aumento da temperatura, os materiais
atingem uma viscosidade entre 106 e 108Pa, eles
começam a apresentar algum tipo de
escoamento (Downton et al., 1982; Roos,
1995a). Conforme um sistema passa do estado
vítreo para o gomoso, sua viscosidade cai de
valores da ordem de 1012 para valores da ordem
de 103Pa, à temperatura de transição vítrea
(Sperling, 1992). A viscosidade reduzida
confere uma maior mobilidade aos reagentes e
às cadeias de polímeros (Labuza et al., 2004).
O aumento da mobilidade molecular
melhora a difusão, resultando em uma
cristalização dos componentes amorfos
dependente do tempo (Bhandari et al., 1997;
Labuza et al., 2004; Roos, 1995a). A
cristalização, por sua vez, causa as mais
drásticas variações nas propriedades físicas de
polímeros alimentícios. Ela pode afetar,
consideravelmente, a estabilidade dos alimentos
e pode promover características de reidratação
em pós, além de afetar as propriedades texturais
(Kim et al., 1981; Roos & Karel, 1992; Roos et
al., 1996).
A porção de volume livre, definida
como a parcela de espaço associada com um
sistema que não é ocupada por cadeias de
polímeros propriamente ditas, também oscila
entre os estados vítreo e gomoso (Labuza et al.
2004). O volume livre disponível em um
sistema vítreo é estimado em valores entre 2 e
11,3% do volume total e acredita-se que esse
valor aumenta substancialmente à temperatura
de transição vítrea, devido a um aumento
dramático no coeficiente de expansão térmica
(Ferry, 1980). Esse aumento no volume livre
deve permitir uma difusão mais rápida dos
reagentes. Baseado no volume requerido para
difusão, o tamanho da molécula difusora
também deve ser um fator importante na
definição das taxas de difusão.
A temperatura de transição vítrea da
maior parte dos componentes alimentícios
solúveis em água (polímeros, polissacarídeos e
Leite et al.
87
proteínas) é elevada e aumenta com o aumento
do peso molecular. Uma vez que esses materiais
tendem a se decompor em temperaturas
menores que Tg, muitas vezes o valor da Tg de
polímeros alimentícios anidros não pode ser
determinado.
O estado físico e as propriedades fisicoquímicas
dos
alimentos
mudam
seu
comportamento durante as etapas de
processamento,
de
distribuição
e
de
armazenagem. A remoção de água por
evaporação
e
a
desidratação
por
imersão/impregnação
ou
congelamento
geralmente resultam na formação de produtos
no estado amorfo (Slade & Levine, 1991).
Efeito da plasticização da água sobre a
transição vítrea em alimentos
Não existem dúvidas de que a
temperatura, a quantidade de água e o tempo
são fatores que têm forte influência sobre o
estado físico e a qualidade de materiais
biológicos e alimentos. De acordo com Labuza
et al. (2004), a partir da década de 60, as formas
mais comuns de deterioração de alimentos; tais
como modificações físicas e fisico-químicas,
crescimento microbiológico e reações das fases
lipídica e aquosa; foram tidas como resultado
da disponibilidade termodinâmica de água, ou
atividade de água (aw), e da quantidade total de
água presente no alimento (Teor de água). De
acordo com Roos et al. (1996), a estabilidade
em alimentos é, significativamente, afetada pela
pressão relativa de vapor d’água, que
corresponde à atividade de água, aw, sob
condições de equilíbrio.
A diferença no potencial químico da
água () entre dois sistemas resulta na troca de
água entre eles. Hyman & Labuza (1998)
Quando uma micro-região atinge valores
superiores ou inferiores ao da aw local, ocorre
uma mudança de estado físico Labuza et al.
(2004).
As isotermas de sorção de água são
curvas que mostram a relação entre a atividade
de água e o teor de água do material, sob uma
temperatura
constante.
São,
portanto,
ferramentas que permitem caracterizar as
relações entre o teor de água de um material e a
sua disponibilidade de água. Estudos de
modelos para as isotermas de sorção são
particularmente importantes na predição da vida
de prateleira de alimentos com teor de água
baixo ou intermediário (Labuza et al., 1970;
88
Labuza, 1980; Simatos & Karel, 1988; Roos &
Karel, 1996).
Produtos amorfos, em geral, sofrem
efeito de plasticização pela água. Nesse caso, o
teor de água dos materiais tem forte influência
sobre a sua temperatura de transição vítrea. A
água provoca uma redução drástica na Tg de
polímeros alimentícios (Slade & Levine, 1991),
e mesmo a presença de traços de água pode
significar reduções significativas no valor da
Tg. O efeito plasticizante da água (Roos,
1995b) é típico de carboidratos com baixo peso
molecular, oligossacarídeos, polissacarídeos,
proteínas e polímeros plastificáveis.
A plasticização pela água pode ser
observada pela depressão da temperatura de
transição vítrea com o aumento do conteúdo de
água (umidade), melhorando a perceptibilidade
da transição. A predição da depressão da Tg
como resultado da plasticização pela água é útil
na avaliação dos efeitos da composição dos
alimentos sobre a Tg, uma vez que as alterações
relacionadas à transição vítrea podem afetar o
tempo de prateleira e a qualidade Roos et al.
(1996).
Sobral & Menegalli (2002) relatam que
vários modelos explicam o fenômeno de
plastificação pela água. De acordo com os
autores, muitos consideram que a entrada do
solvente na matriz polimérica causa um
aumento na mobilidade molecular, reduzindo o
valor da Tg.
Roos et al. (1996) afirmam que alguns
modelos de plasticização aplicados em sistemas
poliméricos não são aplicáveis para a
plasticização da água, pois são baseados na
similaridade das propriedades dos compostos da
mistura, o que é raro entre os compostos dos
alimentos. O efeito da água sobre a Tg de vários
alimentos tem sido predito pela equação de
Gordon & Taylor (1952) citados por Zimeri &
Kokini (2003) (Equação 1), a qual foi
originalmente desenvolvida para descrever a
dependência da Tg com a composição binária
de polímeros miscíveis (Zimeri & Kokini,
2003).
Tg 
x1Tg1  kx2Tg 2
x1  kx2
(1)
Leite et al.
Onde xi é a fração mássica do i-ésimo
componente, Tgi é a temperatura de transição
vítrea do i-ésimo componente e k é uma
constante de ajuste. No estudo do efeito da água
sobre a Tg, x1 é a fração mássica de água e x2, a
de sólido.
Couchman & Karasz (1978) basearamse na teoria termodinâmica da transição vítrea
de misturas de polímeros para propor um
modelo de plasticização ilustrado na Equação
2.
Tg 
x1Tg1  (Cp 2 / Cp1 ) x 2 Tg 2
x1  (Cp 2 / Cp1 ) x 2
(2)
Na Equação (2), Cpi é a mudança no
calor específico do i-ésimo componente à
temperatura Tgi.
Comparando-se as equações (1) e (2),
nota-se que a equação proposta por Couchman
& Karasz (1978) é igual à de Gordon & Taylor
(1952) citados por Zimeri & Kokini (2003),
com
k = Cp2/Cp1.
A equação de Gordon & Taylor tem se
mostrado particularmente útil no ajuste de
dados experimentais da Tg e da composição de
açúcares amorfos (Roos, & Karel, 1991b,
1991e; Roos, 1993) e maltodextrinas (Roos, &
Karel, 1991d, 1991e, além de outros
ingredientes e alimentos em geral.
Roos (1993) demonstrou que o uso
combinado da equação de Gordon & Taylor e
dos modelos das isotermas de sorção permite
avaliar a estabilidade dos alimentos sob várias
condições de armazenagem, baseando-se no
fato de que há perda de estabilidade acima da
Tg. O autor sugeriu o uso combinado dos
modelos matemáticos utilizados em isotermas
de sorção e da equação de Gordon-Taylor para
a descrição da plasticização pela água. Os
modelos podem ser ajustados aos dados
experimentais e utilizados para mostrar a Tg e a
isoterma de sorção em um único gráfico, como
pode ser observado na Figura 2, que foi
adaptada de dados experimentais de Joupilla &
Roos (1994) para leite em pó desnatado.
Leite et al.
89
Figura 2 – Temperatura de transição vítrea, Tg, como uma função da atividade de água, a w, e isoterma
de sorção a 24ºC leite em pó desnatado. (Adaptado de JOUPILLA & ROOS, 1994)
Roos, et al. (1996) ressaltam que a
relação entre Tg e aw sob uma temperatura
constante fornece um método simples para
predição dos efeitos da umidade relativa
durante a armazenagem sobre a Tg. Tal
predição é de grande utilidade na avaliação da
estabilidade de vários alimentos com baixo teor
de umidade, como pós, cereais, frutas
desidratadas, dentre outros.
Roos (1987) estabeleceu uma relação
linear entre a atividade de água e a temperatura
de transição vítrea. Roos & Karel (1991c) e
ROOS (1993) observaram que essa linearidade
se aplica a valores de aw entre 0,1 e 0,8. No
entanto, para toda a faixa de aw, essa relação é
sigmoidal, como pode ser observado na Figura
2.
As informações contidas na Figura 2
são de grande utilidade na localização de
valores críticos para a atividade de água e para
a umidade, definidos como aqueles que
reduzem a Tg para a temperatura ambiente
(Roos, 1993; Jouppila & Roos, 1994; Roos,
1995a). Na Figura 2, por exemplo, se o leite em
pó for armazenado em um ambiente com
atividade de água de 0,37, ele atingirá uma
umidade de 7,6g/100g de sólidos e a sua
temperatura de transição vítrea será reduzida
para 24ºC. Isso significa que a atividade de
água crítica é de 0,37, pois o produto sofreria
alterações estruturais à temperatura ambiente,
reduzindo o seu tempo de prateleira.
Zimeri & Kokini (2002) estudaram o
efeito da umidade sobre a cristalinidade e a
temperatura de transição vítrea da inulina.
Foram avaliados ambientes com atividade de
água variando entre 0 e 0,93. Os autores
observaram que a temperatura de transição
vítrea da inulina diminuiu com o aumento da
umidade, confirmando o efeito plastificador da
água.
Roos & Karel (1991d), estudando o
efeito da umidade sobre o comportamento
térmico e a cristalização de alimentos amorfos,
também, observaram um decréscimo na Tg com
o aumento de umidade. Zimeri & Kokini (2003)
estudaram o efeito da umidade sobre a transição
vítrea de amido gelatinizado e também
observaram o efeito plastificante.
DIAGRAMAS DE ESTADO
Uma fase pode ser definida como um
estado fisico e quimicamente homogêneo de um
material que se encontra claramente separado
de outra matéria. Uma transição de fase pode
ser observada de uma mudança na energia
interna, no volume, no número de moles ou na
massa. A mudança na fase ocorre como
resultado de uma mudança na temperatura ou
90
na pressão. Um estado de equilíbrio entre fases
requer que ambas estejam sob as mesmas
condições de temperatura e pressão (Roos,
1995a).
Quando a água interage com um soluto
dissolvido ou com um material amorfo ou
cristalino, a termodinâmica do sistema muda de
tal forma que a energia livre da água sofre uma
redução. Essa situação se manifesta, através de
um decréscimo, na pressão de vapor d’água, na
fase gasosa, de uma redução na linha de
congelamento, em função da concentração de
reagente, bem como de um aumento nos pontos
de ebulição e de fusão de qualquer soluto. Essas
interações representam as condições de
equilíbrio termodinâmico em um ponto de
concentração de água/temperatura e podem ser
utilizadas para construir um diagrama de fases
representativo com três linhas de equilíbrio
(ponto de ebulição, ponto de congelamento ou
Leite et al.
formação de gelo e ponto de fusão ou
cristalização do soluto) (Labuza et al., 2004).
A relação entre os estados físicos, a
pressão, a temperatura e o volume pode ser
mostrada
em
diagramas
de
fases
tridimensionais. Tais diagramas mostram
superfícies que indicam valores para as
variáveis de estado sob condições de equilíbrio.
Nesses diagramas, é possível perceber que, na
maior parte das situações de equilíbrio, duas
fases coexistem, ou seja, existe um equilíbrio
sólido-líquido, sólido-gás ou líquido-gás. As
projeções bidimensionais dos diagramas de fase
são muito úteis para aplicações práticas (Roos,
1995a).
Na Figura 3, observa-se um diagrama
de fase bidimensional esquemático, onde são
mostradas as linhas de equilíbrio para
temperatura e pressão de cada fase. Em
alimentos, um dos diagramas bidimensionais de
maior importância é o da água.
Figura 3 – Diagrama de fase esquemático mostrando as curvas de equilíbrio entre vários estados
físicos e a sua dependência da temperatura e da pressão (Adaptado de Roos, 1995a)
Quando uma curva de transição vítrea
de um componente sólido é inserida em um
diagrama de equilíbrio apropriado, é possível
visualizar os pontos de transição entre os
estados sólidos amorfos de não-equilíbrio da
matéria, isto é, os estados vítreo e gomoso
(Labuza et al., 2004). O diagrama resultante
dessa composição é chamado diagrama de
estado.
Roos (1995a) define os diagramas de
estado como diagramas de fase simplificados
que descrevem a dependência da temperatura de
transição vítrea com a concentração de solutos
ou alimentos sólidos e a relação entre a
formação de gelo e a concentração de soluto
sob baixas temperaturas. De acordo com Franks
(1972), diagramas de estado são a combinação
do convencional diagrama de fase com as
curvas de transição vítrea em função da
composição, em uma só figura. A Figura 4
Leite et al.
91
mostra um exemplo de um diagrama de estado
esquemático típico de alimentos sólidos.
Figura 4 – Diagrama de estado esquemático típico de alimentos sólidos (Adaptado de Roos, 1995a)
De acordo com Roos (1995a),
Rasmussen & Luyet (1995) utilizaram os
diagramas de fase para mostrar a dependência
com a temperatura de transições térmicas em
soluções congeladas e Franks et al. (1977) ,
citados por (Roos, 1995a)enfatizaram que o
termo “estado” deveria ser utilizado no lugar de
“fase” devido à natureza de não-equilíbrio do
estado físico de materiais biológicos
concentrados por congelamento.
Em ciências dos alimentos, os diagramas
de estado representam as diversas situações em
que o sistema pode existir como função da
temperatura, da concentração de sólidos, do
tempo e da pressão. Dessa forma, ele pode ser
utilizado como um mapa para a seleção das
melhores condições para o processamento, o
congelamento e o armazenamento refrigerado
de alimentos (Slade & Levine, 1988; Slade &
Levine, 1989).
Os diagramas de estado são importantes
ferramentas no estabelecimento das condições
adequadas de processamento e armazenagem de
alimentos desidratados e congelados. Eles
também podem ser aplicados na definição das
condições apropriadas de liofilização (Roos,
1995a). Segundo Roos & Karel (1991c),
diagramas de estado são particularmente úteis
na caracterização do estado físico de açúcares e
na dependência das temperaturas de transição
com a concentração de água.
Segundo Labuza et al. (2004), os
diagramas de estado podem ser utilizados para
ilustrar algumas mudanças de estado físico de
alimentos em função da umidade (ou
concentração
de
plasticizante)
durante
quaisquer processos de remoção de água
(secagem, cozimento, extrusão, evaporação) ou
mesmo durante a armazenagem. O diagrama de
estado define a região de umidade/temperatura
na qual o domínio do alimento ou ingrediente é
vítreo, gomoso, soluto cristalino, congelado,
etc.
Labuza et al. (2004) ressaltam que uma
complicação na utilização dos diagramas de
estado para alimentos reside no fato de esses
não serem soluções homogêneas ou isotrópicas,
apresentando-se, a nível molecular, como
micro-domínios heterogêneos que nunca
existirão em equilíbrio verdadeiro. Essas
regiões em alimentos podem existir como
líquidos com solutos dissolvidos ou como
sólidos no estado sólido amorfo, que não são
estados reais de equilíbrio e podem resultar em
observações anômalas.
92
APLICAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE
ESTADO EM ALIMENTOS
Um fato extremamente indesejável, no
que diz respeito a alimentos, é modificação
textural. Quem nunca teve a desagradável
sensação de morder um biscoito completamente
murcho? A crocância é uma característica que o
consumidor espera encontrar em todos os
biscoitos do tipo crisp cracker e é essencial para
a sua qualidade. No entanto, quando a
embalagem de biscoito é aberta e fica exposta
às condições ambientes, em pouco tempo a sua
textura se torna macia e ele perde a sua
crocância característica.
As modificações texturais sofridas por
alimentos estão, diretamente, ligadas às
alterações estruturais sofridas ao longo do seu
tempo de prateleira. A água, devido ao seu
efeito plasticizante, é um dos principais
elementos responsáveis por essas alterações.
Durante a armazenagem, muitos alimentos
trocam umidade com o ambiente, o que resulta
em alterações estruturais como a transição entre
os estados vítero e gomoso. É essa a causa da
perda de crocância de biscoitos tipo crisp
cracker pouco tempo após a abertura da
embalagem, se a mesma não for armazenada
corretamente. A troca de umidade com o
ambiente faz com que o alimento passe do
estado vítreo para o gomoso, havendo perda de
qualidade.
O efeito plasticizante da água também
afeta a qualidade de produtos em pó,
principalmente aqueles com alta concentração
de açúcares. Os processos de secagem por
liofilização ou spray dryer, devido à rápida
remoção de umidade, resultam em produtos no
estado vítreo. Açúcares no estado amorfo são
produtos altamente higroscópicos e absorvem
água quando expostos a ambientes com elevada
umidade relativa. Esse processo resulta em
alterações estruturais, como a cristalização e o
empelotamento, que resultarão em produtos
com texturas indesejáveis, como a pegajosa e a
granular, de acordo com as condições de
temperatura e umidade do ambiente. Essas
alterações estruturais são indesejáveis, pois
interferem na habilidade de dissolução e no
escoamento livre dos pós. Além disso, as
transições de fase em pós podem ocasionar a
perda de componentes voláteis ou à oxidação de
Leite et al.
lipídeos encapsulados (Saltmarch & Labuza,
1980; Douwnton et al., 1982; Bhandari et al.,
1997; Labuza et al., 2004). De acordo com
Labuza et al. (2004), atividades de água entre
0,3 e 0,4, à temperatura ambiente, são
suficientes para provocar alterações estruturais
como o empelotamento de pós e a perda de
crocância.
Labuza et al. (2004) apresentaram a
importância do uso de diagramas de estado no
estudo da cristalização de algodão doce, do
endurecimento de biscoitos macios e no
amolecimento de alimentos crocantes. A perda
de textura do algodão doce está diretamente
associada à cristalização do açúcar, ocasionada
pela absorção de umidade. Labuza et al. (2004)
concluíram que o açúcar que forma o algodão
doce (sacarose) cristaliza rapidamente e perde
sua estrutura quando, devido à absorção de
umidade, é levado a ambientes com temperatura
superior à de transição vítrea. Estudos
mostraram que a adição de inibidores da
cristalização, como os açúcares trehalose e
rafinose, pode aumentar o tempo de prateleira
desse produto.
As alterações texturais sofridas por
biscoitos macios (soft crackers) ou por
alimentos crocantes (batatas chips, pipoca, crisp
crackers), durante o processamento e a
armazenagem podem ser melhor compreendidas
através do estudo dos diagramas de estado. Na
Figura 5 é apresentado um diagrama de estado
hipotético, onde são mostradas as regiões de
equilíbrio e as regiões amorfas.
Na Figura 5, um material que se encontre
na posição 1 estará no estado gomoso, como é o
caso de uma massa para biscoitos. Labuza et al.
(2004) citam o exemplo de uma massa de
biscoitos sendo assada. Durante esse processo,
o produto sofrerá um aumento de temperatura,
seguido pela perda de umidade e posterior
refriamento até a temperatura ambiente (linha
pontilhada). O estado físico do material, após o
resfriamento, irá depender da perda de umidade
sofrida durante o processamento. Biscoitos
crocantes (crisp crackers) deverão ser assados
até o estado vítreo (posição 3), ao passo que
biscoitos com textura mais macia, como é o
caso de cookies com gotas de chocolate,
deverão continuar no estado gomoso (posição
2).
Leite et al.
93
Legenda:  Posição 1;  Posição 2;  Posição 3
Figura 5 – Diagrama de estado hipotético mostrando as regiões de equilíbrio e as regiões amorfas
(Adaptado de Labuza et al.(2004).
Em alguns alimentos, é possível observar
a co-existência dos estados vítreo e gomoso.
Um exemplo típico Labuza et al. (2004) são os
biscoitos recheados, nos quais o recheio é
macio e encontra-se no estado gomoso e os
biscoitos, mais crocantes, encontram-se no
estado vítreo. Hyman & Labuza (1998)
afirmam que, caso haja diferença entre as
atividades de água dos materiais em contato,
ocorrerá uma troca de umidade entre eles. O
biscoito irá absorver umidade e perder
crocância (deslocamento no diagrama para a
esquerda), enquanto o recheio irá ficar mais
duro e ressecado devido à perda de umidade
(deslocamento no diagrama para a direita).
De acordo com Labuza et al. (2004),
biscoitos macios (soft cookies) são alimentos
com uma umidade final, após assados, entre 7 e
10% e uma atividade de água entre 0,5 e 0,65.
Logo que são retirados do forno, esses biscoitos
são extremamente macios e apresentam alta
mastigabilidade. No entanto, após cerca de 24
horas, eles se tornam secos e com textura dura e
esfarelenta, sem que haja qualquer alteração na
umidade. No caso desses biscoitos, o
endurecimento é provocado pela cristalização
da sacarose, que ocorre durante a vida de
prateleira do produto. Durante a mistura e o
cozimento dos biscoitos, a sacarose se dissolve
e, enquanto a umidade é perdida, ela passa para
o estado amorfo (posição 2, na Figura 5) e
permanece nele enquanto o material se mantiver
acima da temperatura de transição vítrea
(1990). De acordo com o diagrama de estados,
ao longo da vida de prateleira dos biscoitos, a
sacarose dissolvida sofre uma cristalização,
resultando em uma redução do volume de
plasticizante
e
consequentemente,
nas
alterações texturais observadas.
Biscoitos crocantes (crisp crackers)
apresentam alterações na textura com o ganho
de umidade. Katz & Labuza (1981) estudaram a
textura desses biscoitos em função da atividade
de água e observaram que alimentos crocantes
(pipocas, biscoitos de água e sal, batatas chips)
apresentaram alterações texturais quando a
atividade de água excedeu a faixa de 0,35-0,50.
Labuza et al. (2004) afirmam que a teoria da
transição vítrea permite uma melhor
compreensão
das
alterações
texturais
ocasionadas nesses produtos, devido ao
aumento da umidade. Se um material amorfo
existe no estado vítreo, ele é duro e quebradiço,
o que, para alimentos tipo snacks à base de
cereais, representa uma textura crocante ou
dura.
No estado amorfo gomoso, esses
alimentos apresentam uma textura macia e
elástica que pode ser definida como empapada e
é totalmente indesejável. A transição do estado
vítreo para o gomoso ocorre quando o alimento
absorve umidade suficiente para que a sua
temperatura de transição vítrea caia abaixo da
94
temperatura ambiente, de acordo com o
diagrama de estados. Na Figura 5, a posição 3
representa o alimento no estado vítreo. O ganho
de umidade, a uma temperatura constante, faria
o alimento passar da posição 3 para a posição 2,
se ele estivesse armazenado a uma temperatura
superior à Tg, nessa umidade.
Baroni (2004) ressalta a importância dos
diagramas de estado para as novas formulações,
uma
vez
que
o
conhecimento
do
comportamento dos constituintes do alimento
na região de mudança de estado pode ser de
grande valia na predição de estabilidade e de
mudanças da textura, quando o produto é
submetido a várias condições de temperatura e
umidade relativa. De acordo com a autora, os
diagramas de estado mostram as relações entre
a composição do produto e seu estado físico,
fornecendo informações fundamentais para a
sua adequada formulação, de modo que se
obtenha um produto final sob as melhores
condições de estabilidade e qualidade.
Leite et al.
Chirife, J.; Iglesias, H. A. Equations for fitting
water sorption isotherms of foods: Part 1.
Journal of Food Technology. v. 13, n.3,
p.159-174. 1978.
Couchman, P. R.; Karasz, F. E. A classical
thermodynamic discussion of the effect of
composition
on
glass
transitions
temperatures. Macromolecules. v.11, n.1,
p.117-119. 1978.
Downton, G. E.; Flores-Luna, J. L.; King, C. J.
Mechanism of stickness in hygroscopic
amorphous powders.
Industrial and
engineering chemistry: fundamentals.
v.21, n.4, p.447-451. 1982.
Ferry, J. D.
Viscoelastic properties of
polymers, 3rd edition, New York: John
Wiley & Sons Inc, 1980.
Franks, F.
Water – a comprehensive
Treatise. New York: Ed. Plenum, 1972.
CONCLUSÃO
A transição vítrea é a transição de fases
mais importante em alimentos, pois está
diretamente ligada às alterações estruturais
sofridas durante as etapas de processamento e
armazenagem. Dessa forma, o conhecimento da
variação da temperatura de transição vítrea com
a composição dos alimentos é de fundamental
importância na definição da formulação dos
alimentos, bem como das condições ideais de
processamento e armazenagem, de modo que se
obtenham produtos de qualidade.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos à FAPESP, ao CNPq e à
UNICAMP.
Baroni, A. F. Propriedades mecânicas,
termodinâmicas e de estado de tomate
submetido à desidratação osmótica e
secagem. Campinas, 2004. 226f. Tese
(Doutorado em Engenharia de Alimentos) –
Faculdade de Engenharia de Alimentos,
Universidade Estadual de Campinas.
Bhandari, B. R.; Datta, N.; Howest, T.
Problems associated with spray drying of
sugar-rich foods. Drying Technology. New
York. v.15, n.2, p.671-684. 1997.
Franks, F.; Asquith, M. H.; Hammond, C. C.;
Skaer, H. B.; Achlin, P.
Polymeric
cryoprotectants in the preservation of
biological ultrastructure I. Low temperature
states of aqueous solutions of hydrophilic
polymers. Journal of Microscopy-Oxford.
v. 110, n.Aug, p.223-238. 1977. apud Roos,
Y. H. Phase transitions in foods. San
Diego, California: Academic Press, 1995.
Gordon, M.; Taylor, J. S. Ideal copolymers and
the second-order transitions of syntetic
rubbers. I. Non-crystalline copolymers.
Journal of Applied Chemistry. v.2, n.9,
p.493-500. 1952.
apud Zimeri, J. E.;
Kokini, J. L. Phase transitions of inulinwazy maize starch systems in limited
moisture environments.
Carbohydrate
Polymers. v.51, n.2 , p.183-190. 2003.
Hyman, C. Labuza, T. P. Moisture migration
in multidomain systems. Trends in Food
Science and Technology. v.9, n.2, p. 4755. 1998.
Jouppila, K.; Roos, Y. H. Glass transitions and
crystallization in milk powders. Journal of
Dairy Science. v.77, n.10, p.2907-2915.
1994.
Katz, E. E.; Labuza, T. P. Effect of water
activity on the sensory crispness and
mechanical deformation of snack food
Leite et al.
95
products. Journal of Food Science. v.46,
n.2, p. 403-409. 1981.
Engineering. San v.24, n.3, p. 339-360.
1995.
Kauzmann, W. The nature of glassy state and
the behavior of liquids at low temperatures.
Chemical Reviews. v. 43, n. 2, p. 219-256.
1948.
Roos, Y. H. Water activity and physical state
effects on amorphous food stabilty. Journal
of food processes and preservation. v. 16,
n. 6, p. 433-447. 1993.
Kim, M. N.; Saltmarch, M.; Labuza, T. P. Nonenzymatic browning of hygroscopic whey
powders in open versus sealed pouches.
Journal of food processes preservation.
Westport. v.5, n.1, p. 49-57. 1981.
Roos, Y. H. Effect of moisture on the thermal
behavior of strawberries studied using
differential scanning calorimetry. Journal
of Food Science. v.52, n.1, p.146-149.
1987.
Labuza, T.; Roe, K.; Payne, C.; Panda, F.;
Labuza, T. J.; Labuza, P. S.; Krusch, L.
Storage stability of dry food systems:
influence of state changes during drying and
storage.
In:
International
Drying
Symposium IDS’2004, 14th, 2004, São
Paulo, Brazil. Proceedings...São Paulo:
Ourograf Gráfica e Editora, 2004. v. A, p.
48-68.
Roos, Y.; Karel, M.
Crystallization of
amorphous lactose.
Journal of Food
Science. Chicago. v.57, n.3, p. 775-777.
1992.
Labuza, T. P. The effect of water activity on
reactions kinetics of food deterioration.
Food Technology. v.34, n.4, p. 36-59,
1980.
Roos, Y.; Karel, M. Applying state diagrams to
food processing and development. Food
Technology. v.45, n.12, p.66-71. 1991b.
Labuza, T. P.; Tannenbaum, S. R.; Karel, M.
Water content and stability of low-moisture
and intermediate-moisture foods. Food
Technology. v.24, n.5, p. 543-544, 546548, 550. 1970.
Levine, H.; Slade, L. Influences of the glassy
and rubbery states on thermal, mechanical
and strcutural properties of dough and baked
products. In: FARIDI, H.; Faubion, J. M.
(Ed.).
Dough rheology and baked
products texture.
New York: Van
Nostrand Reinhold/AVI, 1990. 605p.
Rasmussen, D; Luyet, B. Complementary
study of some nonequilibrium phase
transitions in frozen solutions of glycerol,
ethylene glycol, glucose and sucrose.
Biodynamica. v.10, n.220, p.319-331. 1969
apud ROOS, Y. H. Phase transitions in
foods. San Diego, California: Academic
Press. 1995.
Roos, Y.; Karel, M. Amorphous state and
delayed ice formation in sucrose solutions.
International Journal of Food Science and
Technology. v.26, n.6, p.553-566. 1991a.
Roos, Y.; Karel, M. Phase transitions of
mixtures of amorphous polysaccharides and
sugars. Biotechnology Progress. v. 7, n.1,
p.49-53. 1991c.
Roos, Y.; Karel, M. Plasticizing effect of water
on thermal behavior and crystallization of
amorphous food models. Journal of food
science. v.56, n.1, p. 38-43. 1991d.
Roos, Y.; Karel, M. Water and molecular
weight effects on glass transitions in
amorphous carbohydrates and carbohydrates
solutions. Journal of Food Science. v.56,
n.6, p.1676-1681. 1991e.
Roos, Y. H.; Karel, M. Kokini, J. L. Glass
transitions in low moisture and frozen foods:
effects on shelf life and quality. Food
Technology. v. 5, n.11, p.95-108. 1996
Roos, Y. H. Phase transitions in foods. San
Diego, California: Academic Press. 1995.
Saltmarch, M.; Labuza, T. P. Influence of
relative humidity on the physicochemical
state of lactose in spray-dried sweet way
powders. Journal of Food Science. v. 45,
n.5, p.1231-1236 & 1242. 1980.
Roos, Y. H. Characterization of food polymers
using state diagrams. Journal of Food
Shimada, Y.; Roos, Y.; Karel, M. Oxidation of
methyl linoleate encapsulated in amorphous
96
lactose-based food model.
Journal of
agricultural
and
food
chemistry.
Washington. v.39, n.4, p.637-641. 1991.
Simatos, D.; Karel, M. Characterization of the
condition of water in foods – physicochemical aspects. In: SEOW, C. C. Food
Preservation
by
water
activity.
Amsterdam: Elsevier, 1988. pp. 1-41.
Leite et al.
Sobral, P. J. A; Menegalli, F. C. Transição
vítrea em gelatina de couro bovino. Boletim
da sociedade brasileira de ciência e
tecnologia de alimentos. Campinas. v.36,
n.1, p.35-42. 2002.
Sperling, L. H. Introduction to physical
polymer science. 3rd edition. New York:
Wiley-Interscience, 1992.
Slade, L.; Levine, H.
Non-equilibrium
behavior of small carbohydrate systems.
Pure and Applied Chemistry. v.60, n. 12,
p.1841-1864. 1988.
White, G. W.; Cakebread, S. H. The glassy
state in certain sugar-containing food
products. Journal of food technology. v.1,
n.1, p. 73-82. 1966
Slade, L.; Levine, H. A food polymer science
approach to selected aspects of starch
gelatinization and retro degradation in
Frontiers. In: Millane, R. P.; Bemiller, J. N.;
Chandrasekaran, R. (Ed). Carbohydrate
Research 1, Food Applications. London:
Elsevier Applied Science. 1989. pp.215270.
Wunderlich, B. Thermal Analysis. Boston:
Academic Press. 1990.
Slade, L.; Levine, H. Beyond water activity:
recente advances based on an alternative
approach to the assessmentof food quality
and safety. Critical Reviews in Food
Science and Nutrition. v.30, n.2-3, p. 115360. 1991.
Zimeri, J. E.; Kokini, J. L. Phase transitions of
inulin-wazy maize starch systems in limited
moisture environments.
Carbohydrate
Polymers. v.51, n.2, p.183-190. 2003.
Zimeri, J. E.; Kokini, J. L. The effect of
moisture content on the crystallinity and
glass transition temperature of inulin.
Carbohydrate Polymers. v.48, n.3, p.299304. 2002.
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a cada número uma chamada de rodapé onde
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instituição, endereço postal e eletrônico (email), telefone e fax. O texto deverá ser
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Figuras Tabelas e Fotos - Deverão ser
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citadas pela primeira vez. Nas legendas, as
palavras Figura, Tabela e Foto devem estar em
negrito e ter a letra inicial maiúscula e seu
enunciado deverá ser alinhado à esquerda
abaixo da primeira letra após a palavra Figura.
As grandezas devem ser expressas no Sistema
internacional.
Exemplos de citações bibliográficas
 quando a citação possuir apenas um autor:
...Almeida (1997), ou ...(Almeida, 1997);
 quando a citação possuir dois autores:
.... Almeida & Gouveia (1997), ou ....(Almeida
& Gouveia, 1997);
 quando a citação possuir mais de dois
autores:
....Almeida et al. (1997).... ou (Almeida et al.,
1997).
A referência deverá conter os nomes de todos
os autores.
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Artículos Científicos: deberán tener la
siguiente secuencia: Titulo, Autor(es),
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Abstract, Keywords, Introducción, Materiales
y Métodos, Resultados y Discusión,
Conclusiones, Agradecimientos (facultativo) y
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lenguaje técnica de fácil comprensión, en
asuntos de interés de la comunidad que
demuestren una contribución significativa en el
asunto. Los artículos deben contener: Titulo,
Autor(es), Resumen, Palabras-claves, Titulo en
inglés, Abstract, Keywords, Introducción,
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tener tamaño 8 y 12 respectivamente. El
formato del texto deberá tener la siguiente
disposición – Tamaño carta, orientación de
retrato en dos columnas, márgenes suprior y
inferior, derecha y izquierda de 2,5 cm,
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Todos los ítems deberán estar en letra
mayúscula, negrito, itálico y centralizadas,
excepto las Palabras-claves, Keywords y subítems que deberán ser alineadas por la
izquierda en letras minúsculas y con la primera
letra en mayúsculo. Los nombres de los
autores deben estar dos espacios simples abajo
del Título, escrito por extenso y en negrito,
separados por vírgula. Los nombres de los
autores serán enumerados con algaritmo árabe
que tendrán a cada numero una llamada de
rodapié donde se hará constar la función,
titulación, institución, dirección postal y
electrónica (e-mail), teléfono y fax. El texto
deberá ser alineado por los dos lados y con la
tabulación de 1 cm para el inicio de cada
parágrafo.
Figuras, Tablas y Fotos – deberán ser
colocadas luego abajo del parágrafo donde
fuera citada pela primera vez. En las legendas,
las palabras Figuras, Tabla y Foto deben estar
en negrito y tener la letra inicial mayúscula y
en su enunciado deberá ser alineada por la
izquierda con la primera letra después de la
palabra Figura. Las unidades deben ser
expresas en el sistema internacional
Ejemplos de citaciones bibliográficas
 cuando la citación tiene un solo autor:
...Almeida (1997), o ...(Almeida, 1997);
 cuando la citación tiene dos autores:
.... Almeida & Gouveia (1997), o ....(Almeida
& Gouveia, 1997);
 cuando la citación tiene mas de dos autores:
....Almeida et al. (1997).... o (Almeida et al.,
1997).
Las referencias deberán contener los nombres
de todos los autores.
The texts should be sending to the Editor of the
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Scientific articles: they should have the
following sequence: Title, Author (s’),
Abstract, Keywords, Title, Abstract and Key
words in Portuguese, Introduction, Materials
and Methods, Results and Discussion,
Conclusions, Acknowledgements (optional)
and Bibliographic References.
Technical articles: They should be written in
technical language of easy understanding, on
subjects of the community's interest that
demonstrate a significant contribution on the
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Author (s’), Abstract, Keyword, Title in
Portuguese, Abstract, Key words, Introduction,
Description of the Subject, Conclusions and
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New Roman, size 11, except for the baseboard
notes and title, that should present size 8 and
12, respectively. The format of the text should
have the following disposition - size letter,
orientation of arranged picture in two
columns, margins superior and inferior, right
and left of 2,5 cm, numbered, simple space
and up to a maximum of 20 pages.
All main items should be in capital letter, bold
type, italic and centralized, except for
Keywords and sub-items that should be
aligned to the left in lower letter and with the
first letter in capital letter. The authors' name
should be two simple spaces below the title,
written for complete name and in boldface,
separated by comma. The authors' names will
be numbered with Arabic ciphers that they will
have to each number a baseboard call where it
will make to consist its function, title,
institution, postal and electronic address (email), telephone and fax. The text should be
aligned in the two sides and with the tabulation
of 1cm to the beginning each paragraph.
Figures, Tables and Photos - they should be
inserted soon below the paragraph where they
were mentioned for the first time. In the
legend, the words illustration, Controls and
Photo should be in boldface and have the
initial letter capital one and its statement
should be aligned to the left below the first
letter after the word it represents. The units
should be expressed in the international
system.
Examples of bibliographical citations
 when the citation just possesses an author:
....Almeida (1997), or ....(Almeida, 1997);
 when the citation possesses two authors:
.... Almeida & Gouveia (1997), or ....(Almeida
& Gouveia, 1997);
 when the citation possesses more than two
authors:
....Almeida et al. (1997).... or (Almeida et al.,
1997).
The reference should contain all the authors'
names.
Exemplos de referências bibliográficas:
Ejemplos de referencias bibliográficas:
Example of the bibliographic references:
As referências bibliográficas deverão estar Las referencias bibliográficas deben ir en orden The list of bibliographic references must be in
dispostas, em ordem alfabética, pelo sobrenome alfabética considerando el apellido del primer alphabetic order according to surname of first
do primeiro autor.
autor.
author.
a) Livro
Martins, J.H.; Cavalcanti Mata, M.E.R.M.
Introdução a teoria e simulação
matemática de secagem de grãos. 1.ed.
Campina Grande : Núcleo de Tecnologia em
Armazenagem, 1984. 101p.
b)Capítulo de Livros
Almeida, F. de A.C.; Matos, V.P.; Castro, J.
de; Dutra, A.S. Avaliação da quantidade e
conservação de sementes a nível de produtor.
In: Almeida, F. de A.C.; Cavalcanti Mata,
M.E.R.M. (ed.). Armazenamento de grãos
e sementes nas propriedades rurais.
Campina Grande: UFPB/SBEA, 1997. cap.
3, p.133-188.
c) Revistas
Cavalcanti Mata, M.E.R.M.; Braga, M.E.D.;
Figueiredo, R.M.F.; Queiroz, A.J. de M.
Perda da qualidade fisiológica de sementes
de arroz (Oryza sativa L.) armazenadas sob
condições controladas. Revista Brasileira de
Armazenamento. Univ. Federal de Viçosa,
Viçosa-MG. v.24, n.1, p.10-25, 1999.
d) Dissertações e teses
Queiroz,
A.J.
de
M.
Estudo
do
comportamento reológico dos sucos de
abacaxi
e
manga.
Campinas:
UNICAMP/FEA, 1998. 170p. (Tese de
Doutorado).
e) Trabalhos apresentados em Congressos
(Anais, Resumos, Proceedings, Disquetes,
CD Roms)
Figueirêdo, R.M.F. de; Martucci, E.T.
Influência da viscosidade das suspensões na
morfologia do particulado de suco de acerola
microencapsulado. In: Congresso Brasileiro
de Sistemas Particulados, 25, 1998, São
Carlos, Anais... São Carlos: UFSC, 1998.
v.2, p.729-733. ou (CD Rom).
No caso de disquetes ou CD Rom, o título da
publicação continuará sendo Anais, Resumos ou
Proceedings, mas o número de páginas será
substituído pelas palavras Disquete ou CD Rom.
f) WWW (World Wide Web) e FTP (File
Transfer Protocol)
BURKA, L.P. A hipertext history of multi-user
dimensions; MUD history. htpp://entmuseum9.ucr.edu/ENT133/ebeling/ebeling7.ht
m1#sitophilusgranarius).10 Nov. 1997.
a) Libro
Cox, P.M. Ultracongelación de alimentos.
1.ed. Zaragoza : Editorial Acribia, 1987.
459p.
b)Capítulo de Libro
Moreno, F. Alteraciones fisicoquímicas en
alimentos durante su congelamiento y
subsecuente almacenaje. In: Parada, A.;
Valeri, J. (ed.). Biología de los alimentos a
baja temperatura. Armazenamento de
grãos e sementes nas propriedades rurais.
Caracas: UCV, 1997. cap. 2, p.218-237.
c) Revistas
Diniz, P.S.C.; Cavalcanti Mata, M.E.R.M.;
Braga, M.E.D. Determinación del contenido
de humedad máxima para crioconservación
de semillas recalcitrantes de maíz.
Ingeniería Rural y Mecanización Agraria
en el ámbito Latinoamericano. La Plata,
Argentina, v.1, p.373-377, 1998.
d) Disertaciones y Tesis
Zanetta, J. Transferência de calor em
congelación de alimentos. Valparaíso :
Universidad Católica de Valparaíso, 1984.
95p. (Tesis de Maestría).
e) Trabajos presentados en Congresos (Anales,
Resúmenes, Proceedings, Disquetes, CD
Roms)
Cavalcanti Mata, M.E.R.M; Braga, M.E.D.;
Figueirêdo. R.M.F; Queiroz, A.J.M.
Influencia de los daños mecánicos
superficiales en la germinación de semillas
de maíz en función de su grado de humedad
y de la velocidad de rotación de la
desgranadora mecánica. In: I Congreso
Ibero-Americano
de
Ingenieria
de
Alimentos, Anales... Valencia, España,
Tomo II, Capítulo III, p. 385-397, dez. 1996
o (CD Rom).
a) Book
Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; Hall,
C.W. Drying and storage of grains and
oilseeds. New York, The AVI Van Nostrand
Reinhold, 1992, 450p.
b) Chapter in a book
Schaetzel, D.E. Bulk storage of flour In:
Christensen C.M. (2aed.). Storage of cereal
grains and their products. St. Paul,
Minnesota : American Association of Cereal
Chemist, 1974. cap. 9, p.361-382.
c) Journals
Biswal, R.N., Bozokgmehk, K. Mass transfer in
mixed solute osmotic dehydration of apple
rings. Trans. of ASAE, v.35, n.1, p.257-265,
1992.
d) Dissertation and Thesis
Fortes,
M.
A
non-equilibrium
thermodynamics approach to transport
phenomena in capillary-porous media
with special reference to drying of grains
and foods. Purdue University, 1978, 226 p.
(Thesis Ph.D.).
e) Papers presented in congress (Annals,
Abstracts, Proceedings, Diskettes, CD
Roms))
Cavalcanti Mata, M.E.R.M.; Menegalli, F.C.
Bean seeds drying simulation. In: InterAmerican drying Conference, 1, 1997, Itu
Proceedings… Campinas-SP, Brazil :
UNICAMP, July, 1997. v. B, p.508-515. or
(CD Rom).
In case of diskettes or CD Rom, the title of the
publication still will be Annals, Abstract or
Proceedings, but the page number should be
substituted by words Diskettes or CD Rom.
h) WWW (World Wide Web) e FTP (File
Transfer Protocol)
dimensions; MUD history. htpp://entmuEn caso de disquetes o CD Rom, el título de la seum9.ucr.edu/ENT133/ebeling/ebeling7.htm1#
publicación
continuará
siendo
Anales, sitophilusgranarius).10 Nov. 1997.
Resúmenes o Proceedings, mas el número de las
páginas serán substituido por la palabra
Disquete o CD Rom.
g) WWW (World Wide Web) e FTP (File
Transfer Protocol)
dimensions; MUD history. htpp://entmuseum9.ucr.edu/ENT133/ebeling/ebeling7.ht
m1#sitophilusgranarius).10 Nov. 1997.
ENDEREÇO ADDRESS DIRECCIÔN
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais
Caixa Postal 10.078
CEP. 58109-970 - Campina Grande, PB, BRASIL
Fone: (083)2101-1288 Telefax: (083)2101-1185
E-mail: [email protected] ou [email protected]
Home Page: http//www.lappa.deag.ufpb.rbpa
LABORATÓRIO DE CRIOGENIA
O Laboratório de Criogenia da Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas
do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Campina Grande, desenvolve
trabalhos de ponta a ultrabaixas temperaturas de modo a atender o desenvolvimento tecnológico do
País. As pesquisas com criogenia concentram-se em:
 Crioconservação de sementes
 Sementes de espécies florestais
 Sementes de interesse econômico das regiões do País
 Sementes de plantas medicinais
 Sementes de espécies ameaçadas de extinção
 Congelamento a ultrabaixas temperaturas de alimentos
 Congelamento de carnes (bovinos, caprinos, suínos)
 Congelamento de moluscos e crustáceos
 Congelamento de pescados
 Esterilização de materiais biológicos
 Limites de termo-resistência de fungos e bactérias
 Sistemas de agregação de partículas de sujidade
Coordenação da Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas
Av. Aprígio Veloso, 882 - Caixa Postal 10.087 - Fones: (83) 2101-1288; 2101-1551 - Fax: (83) 2101-1185
E-mail: [email protected]
TRANSPORTE DE CALOR E MASSA EM SÓLIDOS HETEROGÊNEOS: UM ESTUDO TEÓRICO VIA ANÁLISE
CONCENTRADA (Heat and mass transfer in heterogeneous solids: A theoretical study by lumped analysis)
PRODUÇÃO
E ESTUDO
DO POTENCIAL
DE HIDRÓLISE
DE UMA
NOVA
FONTE
ENZIMAS AMILOLÍTCAS A
Genival
da Silva
Almeida, Fabrício
José Nóbrega
Cavalcante, Antonio
Gilson
Barbosa
deDE
Lima
PARTIR DO MALTE DE MILHO (Zea mays) (Production and study of the hydrolyse power of a new amylases source by
maize (Zea mays) malt)
Alex
Ferreira DE
Evangelista,
Joana Paula Menezes
Biazus, José Carlos
Curvelo DE
Santana,
Elizabete
Jordão,
Roberto DE
Rodrigues
ATIVIDADE
ÁGUA, CRESCIMENTO
MICROBIOLOGICO
E PERDA
MATÉRIA
SECA
DOS GRÃOS
CAFÉ
de
Souzaarabica L.) EM DIFERENTES CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO (Water activity, microbiological increase
(Coffea
and dry matter loss of the coffee grains (Coffea arabica L.) in different storage conditions)
Paulo César Afonso Júnior, Paulo César Corrêa, Fabrício Schwanz da Silva, Deise Menezes Ribeiro
FORMA, TAMANHO E CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.) DURANTE A SECAGEM
(Form, size and shrinkage of edible bean (Phaseolus vulgaris L.) during drying)
Osvaldo
Resende,FÍSICO-QUÍMICA
Paulo César Corrêa, André
Duarte Goneli,
Roberto Cecon
AVALIAÇÃO
DE Luís
FARINHAS
DE Paulo
MANDIOCA
DURANTE O ARMAZENAMENTO
(Physicochemical evaluation of the cassava flour during the storage)
Cândido José Ferreira Neto, Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo, Alexandre José de Melo Queiroz
APLICAÇÃO DO PLANEJAMENTO FATORIAL PARA OTIMIZAÇÃO DO ESTUDO DA PRODUÇÃO DE
FERMENTADO DO FRUTO DA PALMA FORRAGEIRA (Application of factorial design for optimization of the wine
productionDO
of the
prickly pear cactus fruit)
EFEITO
BENEFICIAMENTO
NAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DOS GRÃOS DE ARROZ DE
Roseany de Vasconcelos
Vieira(Effect
Lopes, of
Aleksandra
Silva Rocha,
Flávio
Luiz Honorato
da Silva,properties
JosivandaofPalmeira
DISTINTAS
VARIEDADES
the beneficiation
in the
mechanical
and physical
the rice Gomes
grains de
of
Gouveia varieties)
different
Fabrício Schwanz da Silva, Paulo César Corrêa, André Luís Duarte Goneli, Rodrigo Martins Ribeiro, Paulo César Afonso
Júnior
UTILIZAÇÃO DE MEMBRANAS PLANAS NA CONCENTRAÇÃO DE ENZIMAS BROMELINAS DA POLPA DE
ABACAXI (Ananas comosos L. ) (Utilizing of plain membrane in bromelian enzymes concentration from pineapple
(Ananas comosos) pulp)
COMPONENTES
QUÍMICOS E ESTUDO DA UMIDADE DE EQUILÍBRIO EM VAGENS DE ALGAROBA (Chemical
Francisco Luiz
Lopes,
João Baptista
Severocontent
Júnior, José
Carlos beans)
Curvelo Santana1, Roberto Rodrigues de Souza, Elias
components
andGumes
study of
the equilibrium
moisture
in mesquite
Basile Tambourgi
Francisco
de Assis Cardoso Almeida, José Euflávio da Silva, Maria Elessandra R. Araújo, Josivanda Palmeira Gomes de
Gouveia, Silvana A. de Almeida
OBTENÇÃO E MODELAGEM DAS ISOTERMAS DE DESSORÇÃO E DO CALOR ISOSTÉRICO DE DESSORÇÃO
PARA
GRÃOSDO
DEMELHOR
TRIGO (Obtain
and models
of theEdesorption
and desorption
isotericDE
heats
at wheat grains
)
OBTENÇÃO
PROCESSO
DE isotherm
EXTRAÇÃO
FERMENTAÇÃO
DO CALDO
ALGAROBA
(Prosopis
Paulo Cesar
Corrêa,
AndréOBTENÇÃO
Luís Duarte Goneli,
Osvaldo Resende,
Menezes
Ribeiro
juliflora
(Sw.)
DC) PARA
DE AGUARDENTE
(TheDeise
best process
determination
of extraction and fermentation
of the mesquite (Prosopis juliflora (SW.) DC) broth to obtain liquor)
Clóvis Gouveia Silva, Mario Eduardo R.M. Cavalcanti Mata, Maria Elita Duarte Braga, Vital de Sousa Queiroz
ALTERAÇÕES DE COR DA ACEROLA EM PÓ SOB CONDIÇÕES CONTROLADAS (Alterations in the color of west
Indian cherry powder under controlled conditions)
Rossana Maria
Feitosa de Figueirêdo,
JoséPRESENTES
de Melo Queiroz,Enny
Therezinha
Martucci
ESTUDO
DA SOLUBILIDADE
DASAlexandre
PROTEÍNAS
NO SORO
DE LEITE
E NA CLARA DE OVO (Analysis
of whey and egg white proteins solubility)
Daniela Helena Pelegrine, Carlos Alberto Gasparetto
MICROENCAPSULAMENTO DO UMBU EM PÓ COM DIFERENTES FORMULAÇÕES DE MALTODEXTRINA:
ESTUDO DO TAMANHO DAS PARTÍCULAS POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA (Microencapsulating of powdered
umbu with different
formulations
of malthodextrin:
Study of the
size for
microscopy)
ANÁLISES
DO CONSUMO
ENERGÉTICO
E SENSORIAL
EMparticles
SECAGEM
DEelectronic
MANJERICÃO
SOB DIFERENTES
Mario
Eduardo
R.M.
Cavalcanti
Mata,
Sheila
Soraia
Araújo
Medeiros,
Maria
Elita
Martins
Duarte
TRATAMENTOS DE AR (Energetic consumption and sensorial analysis of basil drying under several kinds of air
treatment)
Anamaria Caldo Tonzar, Vivaldo Silveira Júnior.
UMA EQUAÇÃO EMPÍRICA PARA DETERMINAÇÃO DE TEOR DE ÁGUA DE EQUILÍBRIO PARA GRÃOS (An
empiric equation to determine the equilibrium moisture content of grains)
Wilton P. da Silva, Mário E. R. M. Cavalcanti Mata, Jürgen W. Precker, Cleide M. D. P. S e Silva, Cleiton D. P. S. e Silva, Diogo
PRODUÇÃO DE PASSAS DE ACEROLA EM SECADOR DE BANDEJA (Production of acerola raisins in tray dryer)
D. P. S e Silva, Antonio Gilson Barbosa Lima
Marcos F. de Jesus, Viviane L. Scaranto, Vahideh R. R. Jalali, Gabriel Franciso da Silva
TRANSIÇÕES DE FASES EM ALIMENTOS: INFLUÊNCIA NO PROCESSAMENTO E NA ARMAZENAGEM (Phases
AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DA POLPA DE UMBU EM PÓ (Evaluation of the stability of the umbu pulp
transitions in foods: Influence in the processing and storage)
powder)
Juliana Tófano de Campos Leite, Fernanda Elisabeth Xidieh Murr, Kil Jin Park
Pablícia Oliveira Galdino, Alexandre José de M. Queiroz, Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo, Ranilda Neves G. da Silva
ESTUDO DAS ALTERAÇÕES DO HIDROXIMETILFURFURAL E DA ATIVIDADE DIASTÁSICA EM MÉIS DE
ABELHA EM DIFERENTES CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO (Study of the hidroximetilfurfural alterations and
the diastase activity in honey of bee in different condition of storage)
Zilmar Fernandes Nóbrega Melo, Maria Elita Martins Duarte, Mario Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata

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