permeabilidade da casca de uva itália!

PERMEABILIDADE DA CASCA DE UVA ITÁLIA!
Ana Lúcia GABAS2, Javier TELIS-RüMERü3, Florencia Cecília MENEGALLI4
RESUMO
Estudou-se a permeabilidade à água da casca de uva Itália. As medidas de permeabilidade foram realizadas por meio
de células acopladas a um secador, com controle da umidade relativa do ar. Mediu-se a transferência de água através da
casca de uvas mantidas em contato com soluções aquosas de glicose de um lado, e expostas ao ar a diferentes temperaturas do outro. Considerou-se a influência de pré-tratamentos químicos, da concentração de soluções de glicose, da
temperatura do ar de secagem e da espessura da casca. A permeabilidade variou com a temperatura de acordo com uma
equação do tipo Arrhenius. A energia de ativação foi de 6,94 kcal/mol K e 7,46 kcal/mol K para as uvas com e sem prétratamento químico, respectivamente. Um aumento gradativo na concentração de glicose de 10 a 70% causou um
decréscimo de mais de 50% no valor da permeabilidade da casca de uva. A permeabilidade aumentou de 15,7 x 10-8 para
36,S x 10-8 g.cm/atm.cm 2 .s em função do aumento de O a 3% na concentração de oleato de etila, principal pré-tratamento
químico utilizado nas uvas. As diferentes espessuras das cascas de uva das variedades Itália, Rubi, Red Globe e Thompson influenciaram a permeabilidade somente na ausência de pré-tratamentos, confirmando ser a película de cera contida
nas frutas a principal barreira efetiva contra o processo de desidratação.
PALAVRAS-CHAVE: Permeabilidade; Uva; Pré-tratamento químico; Desidratação.
SUMMARY
PERMEABILITY OF ITALY GRAPE SKINS
The purpose of this work was to study the water permeability of the skin of the Italy variety of grape. Permeability
measurements were carried out by means of cells connected to a dryer with controlled rela tive humidity. Water loss was
measured by maintaining the grape skin in contact with aqueous glucose solutions on one side and exposing then to air
at different temperatures on the other side. The effects of the chemical pretreatments, glucose concentration, air drying
temperature and skin thickness were considered. The permeability varied with temperature according to an Arrhenius
type equation. The values of activation energy obtained for grapes with and without chemical pretreatments were 6.94
kcal/mol K and 7.46 kcal/mol K, respectively. The influence of glucose concentration became evident when a gradual
increase from 10 to 70% in its levei caused a decrease of more than 50% in the skin permeability. 5kin permeability
increased from 15.7 x 10-8 to 36.5 X 10-8 g.cm/ atm.cm 2.s with increasing concentration of ethyl oleate from O to 3%, the
main chemical pretreatment used with the grapes. The different skin thicknesses of the Italy, Ruby, Red Globe and
Thompson grape varieties showed a significant effect only in the absence of pretreatment, showing that the cuticular
wax involving the fruits is the main barrier against dehydration.
KEY WORDS: Permeability; Grape; Chemical pretreatment; Dehydration
Recebido para publicação em 29/09/1998. Aprovado para publicação em 16/12/1998.
Departamento de Engenharia de Alimentos - UNICAMP - c.P. 6121 - CEP 13083-970 - Campinas, SP - e-mails:
[email protected] - [email protected].
3 Departamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos - UNESP - c.P. 136 - CEP 15054-000 - S.]. Rio Preto, SP - e-mail:
[email protected].
4 Departamento de Engenharia de Alimentos - UNICAMP - c.P. 6121 - CEP 13083-970 - Campinas, sr - e-mail:
[email protected].
1
2
90
Braz. J. Food Technol., Campinas, 1(1,2): 90-96, jan/dez.1998
:-~----------~---_-.1
1. INTRODUÇÃO
o mercado de frutas secas no Brasil é representado
principalmente por uvas, onde praticamente toda a
uva-passa consumida é importada da Califórnia,
Argentina e Chile. Aproximadamente 50% da produção mundial de passas é originária da Califórnia
(EUA). Outros países cuja produção é expressiva são:
Turquia, Austrália, Grécia, Irã, África do Sul e Espanha (SOMOGYI, LUH, 1986).
A produção de uvas de mesa vem crescendo constantemente no país, principalmente nos estados de
São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul e no Vale do
Rio São Francisco (GABAS, 1998). Isso faz com que
exista um grande potencial para o aproveitamento de
excedentes de produção, que poderiam ser transformados em passas, reduzindo desperdícios.
Atualmente, diversos trabalhos têm sido publicados envolvendo a desidratação de uvas, como por
exemplo, o de GHIAUS et aI. (1997), que projetaram e
otimizaram os parâmetros de secagem convectiva para
a obtenção de uva-passa de alta qualidade, com um
tempo mínimo de secagem. V ÁZQUEZ et aI. (1997),
estudando a cinética de secagem dessa fruta num secador com bomba de calor, analisaram o efeito das
condições de secagem, dos pré-tratamentos químicos
e da aparência do produto final, como a cor e a textura. Nas condições operacionais consideradas, os autores obtiveram um modelo satisfatório para representar a cinética de secagem considerando o encolhimento. Analisando-se o efeito do pré-tratamento químico durante o processo de secagem, FEMENIA et aI.
(1998) forneceram importantes informações sobre as
principais mudanças na composição e na estrutura
dos componentes da parede celular da uva. GABAS
et aI. (1998) relataram que a dependência da temperatura na sorção de água da polpa de uva Itália é mais
acentuada quando comparada com a casca, devido
às diferenças na constituição de ambas.
Em uvas frescas, a casca e, especialmente a fina camada de cera que a cobre, constituem uma barreira efetiva contra a desidratação e deterioração de sua textura, além de dificultar o ataque microbiano. Essa constituição da parte externa das uvas é também um problema de grande importância para obtenção de produtos
desidratados. Assim, as uvas devem sofrer um pré-tratamento antes de serem submetidas ao processo de secagem, reduzindo a resistência ao transporte de água
(BARNEIT, 1980). O mecanismo de ação do pré-tratamento químico depende do tipo de solução utilizada.
Os resultados obtidos com as frutas tratadas com solução de oleato de etila e carbonato de sódio ou potássio
levaram PONTING, MC BEAN (1970) a afirmar que a
película de cera não é eliminada, ocorrendo apenas uma
modificação na sua estrutura física.
Na desidratação de frutas inteiras, como é o caso da
uva, a permeabilidade da casca atua como uma membrana semipermeável que controla a taxa de transferência de água do interior do fruto para o meio externo.
Uma aproximação conveniente é supor que a resistência à transferência de massa é devido à casca, de forma
que, a cinética de secagem seria governada pelo processo de permeação da água através da casca e a taxa de
secagem seria igual à taxa de permeação.
MASTROCOLA et ai. (1997) avaliaram a permeabilidade da ameixa aplicando diferentes pré-tratamentos, a fim de modificar sua película cerosa e aumentar a taxa de transferência de massa durante a secagem. Para a obtenção dos dados experimentais, os
autores utilizaram um higrômetro, capaz de quantificar o índice de permeabilidade das amostras. Os
resultados demonstraram que os produtos com alta
permeabilidade da casca também tiveram tempos de
secagem mais baixos. ANDRICH et ai. (1997) analisaram o efeito da temperatura na permeabilidade da
casca de maçãs ao oxigênio e ao gás carbônico, armazenadas em atmosferas controladas. Enquanto nenhum efeito na temperatura foi observado em relação
ao O 2, um pequeno, mas significante aumento do coeficiente de difusão foi detectado para o CO 2 quando a
temperatura foi aumentada de 1 para 21°C.
O objetivo deste trabalho foi estudar a permeabilidade à água da casca de uva Itália, considerando a
influência de pré-tratamentos químicos, concentração de glicose, temperatura do ar de secagem e espessura da casca.
2. METODOLOGIA
2.1 Material
Foram utilizadas uvas de mesa (Vitis vinifera) da
variedade Itália, produzidas na região de Jales-SP sob
maturação completa, polpa firme, casca verde ou levemente amarelada e com um peso médio de 9,47 ±
l,OOg. No intervalo entre a colheita e a realização
dos experimentos, as frutas foram conservadas em
câmara frigorífica a 7°C. Em todos os experimentos
realizados, as uvas que estavam fora do padrão de
maturação, bem como as que apresentavam manchas,
doenças e injúrias mecânicas foram descartadas.
2.2 Métodos
A permeabilidade da membrana ao vapor de água foi
obtida através de uma curva de evaporação, de acordo
com a relação apresentada por SARAVACOS (1995):
(g.cm/ atm.cm 2 .s)
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(1)
91
onde:
dE/dt = taxa de evaporação (g/s); L = espessura
da casca (cm); A = área da parte exposta da casca da
uva (cm Z); PI = pressão parcial da água na solução
(atm); pz = pressão parcial da água no ar (atm).
Essas medidas foram realizadas em duplicata, e
os valores obtidos da taxa de evaporação apresentaram coeficientes de determinação (RZ) na faixa de
0,992 a 0,998. As células necessárias ao desenvolvimento dos experimentos são descritas a seguir.
2.2.1 Células de medida
As medidas da permeabilidade foram realizadas
por meio de duas células, que consistiam de recipientes de vidro pirex de 13,7 e 12,7cm de altura, respectivamente, e 1,76 e 1,10cm de diâmetro interno, fechados com tampas de plástico resistentes a altas temperaturas. Estas tampas possuíam um furo circular com
área interna de 2,44cmz e 0,96cmz. O interior dos recipientes cilíndricos foi preenchido com uma solução
de glicose em concentrações de 10 a 70%. De acordo
com BELITZ, GROSH (1985) a uva possui aproximadamente 8,2% de glicose em sua composição química, considerada em porcentagem do peso fresco da
porção comestível. Ao serem submetidas à secagem,
as uvas sofrem um aumento na concentração deste
monossacarídeo.
As cascas, cuidadosamente removidas das bagas,
foram introduzidas entre as células e as tampas, sendo fixadas através do rosqueamento das mesmas.
Durante os experimentos, a tampa suportando a membrana foi colocada perpendicularmente ao escoamento de ar (convecção forçada) num gabinete com 12%
de umidade relativa e à temperatura constante de
aproximadamente 50°C, exceto durante a análise do
efeito da temperatura sobre a permeabilidade, onde a
faixa utilizada variou entre 30 e 50°C. As células foram colocadas na posição invertida, de forma que a
superfície interna da casca fosse mantida em conta to
com a solução de glicose e a superfície externa ficasse exposta ao ar.
No início de cada experimento, as células foram
pesadas e posicionadas na câmara de ensaio. A partir deste ponto (t=O), as amostras foram pesadas em
intervalos de 6 horas. Com os dados obtidos, construiu-se a curva de evaporação correspondente, na
forma de um gráfico de massa de água evaporada em
função do tempo. A inclinação dessa curva forneceu
o valor de d%t, utilizado na Equação (1).
Para a realização dos experimentos, utilizou-se um
92
secador de leito fixo, descrito anteriormente por GABAS (1998). A representação de uma das células utilizadas na medida da permeabilidade pode ser vista
na Figura 1.
/
r
2~- Diâmetro interno = 1,75cm
Solução de glicose
i
13,7 cm f----l
....../
V
V
.J:........c=====r--~
Tampa (área intema
llll lo----+--
=2,44cm 2)
Casca
AR
FIGURA 1. Célula na câmara de ensaio.
2.2.2 Espessura da casca (1)
As medidas de espessura da casca foram realizadas através de duas lâminas de vidro e um micrâmetroo Primeiramente, as uvas foram submetidas a um
processo de congelamento, a fim de facilitar a retirada das cascas, que após serem cuidadosamente removidas, sofreram uma lavagem com solução de benzeno-tolueno para a remoção dos restos de polpa aderidas na mesma. As duas lâminas de vidro juntas foram medidas com o auxílio do micrâmetro, em seguida mediu-se a espessura do conjunto formado pela
casca colocada entre as duas lâminas de vidro. Este
procedimento foi realizado com 20 repetições.
Para o estudo da influência da espessura da casca
sobre a permeabilidade, foram utilizadas outras variedades de uva além da Itália, ou seja, uvas Rubi,
Red Globe e Thompson, que apresentam diferentes
espessuras.
2.2.3 Pressões parciais PI e P z
A atividade de água da solução de glicose foi determinada utilizando-se a Equação de Norrish, descrita por CHIRIFE et alo (1980):
aw
=
Xexp(- KX~)
(2)
1
onde:
XI e Xz são as frações molares da água e do soluto na
solução, respectivamente, e K é a constante de correlação, que no caso da glicose, é 2,25 (CHIRIFE et al., 1980).
Braz. J. Food Technol., Campinas, 1(1,2): 90-96, ja_n...ií_d_ez_o_1_9_9_B
---'
Através da a w e com os valores tabelados de pressão de vapor da água pura nas temperaturas utilizadas, calculou-se a pressão parcial da água na solução de glicose (PI) de acordo com a Equação (3).
P1
=
a w X Po
(3)
onde:
a w = atividade de água; P1
= pressão parcial da
água na solução de glicose (atm);
Po =
pressão de
vapor da água pura na temperatura de medida (atm).
Utilizando-se as temperaturas de bulbos seco e
úmido obtidas durante os ensaios, determinou-se a
umidade relativa do ar. Dessa forma, a pressão parcial da água no ar (pz) foi calculada com o auxílio da
Equação (4).
P2
=
UR X Po
Para o pré-tratamento químico da fruta, foi utilizado como agente ativo o oleato de etila (C ZO H 38 0) de
grau técnico 99%, marca Sigma, misturado ao carbonato de sódio (Na zC03). Dissolveram-se quantidades
pré-determinadas de oleato de etila em solução alcalina, adicionando lentamente o óleo sob agitação
mecânica. O pré-tratamento das uvas consistiu em
imersão durante 30 segundos na emulsão correspondente, mantida a 50°C, seguida por lavagem em água
corrente.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Efeito da concentração de glicose
UR = umidade relativa do ar; P2 = pressão parcial da água no ar (atm).
2.2.4 Correção da concentração da solução de glicose
Durante a realização das medidas de permeabilidade, devido à evaporação da água, a concentração
da solução de glicose sofria uma certa variação, de
forma que a pressão parcial da água nessa solução
(PI) não era constante.
Para considerar essa variação, foi efetuada uma
correção, de acordo com o procedimento descrito a
seguir:
1) A cada pesagem da célula, determinou-se a massa de água evaporada, possibilitando o cálculo das
novas frações molares de água (Xl) e glicose (X) da
solução, dadas por:
(5)
(6)
onde:
A influência da concentração de glicose foi evidenciada, pois um aumento gradativo da mesma causou
um decréscimo na permeabilidade da casca da uva.
A Figura 2 comprova essa influência, principalmente
para a uva submetida ao pré-tratamento químico.
Neste caso, a partir da concentração mínima estudada (10%), até a máxima (70%), a permeabilidade diminuiu de 32,7 para 11,8 g.cm/ atm.cmz.s.
40
•
•
~
30
~
25
§
20
Com Tratamento
0Iealo=2,5%
Na 2 CO,=2.0%
35
•
o
Sem Tratamento
C>
1=x 15
iS
10
10
20
30
40
50
•
•
60
70
aicose(%)
n G o = número de moles de glicose presentes na
FIGURA 2. Efeito da concentração de glicose na permeabilidade à água da casca de uva Itália.
nA o = número de moles de água pre-
sentes na solução inicial; E = massa de água evaporada.
2) Com os novos valores de Xz e Xl determinou-se a
nova pressão parcial PI'
1.-
2.2.5 Pré-tratamento químico das uvas
(4)
onde:
solução inicial;
Desta forma, foi possível determinar a influência
da variação do gradiente de concentração (PI - pz ) na
permeabilidade.
_
O efeito da concentração de glicose na permeabilidade à água da casca de uva Itália foi semelhante ao
observado por RIVA, MASI (1986). De acordo com
estes autores, a diminuição da permeabilidade com o
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93
aumento da concentração de glicose se deveu ao aumento da viscosidade da fase líquida no interior da
célula, dificultando a difusão da água. Isso implica
em que a permeabilidade determinada experimentalmente é, na realidade, um coeficiente global de transferência de massa. A permeabilidade real da casca
poderia ser calculada somente através do estabelecimento de um modelo e do tratamento numérico dos
dados.
função do inverso da temperatura absoluta (K), para as
uvas tratadas e não tratadas. A permeabilidade à água
aumentou com o aumento gradativo da temperatura.
16
•
•
Com Tratamento
0Iealo=2,0%
Na 2 CO)=2,O%
14
o
•
-;;
Sem Tratamento
); 12
3.2 Efeito do pré-tratamento químico
E
Pode ser observado, a partir da Figura 3, que o aumento da concentração de oleato de etila no pré-tratamento químico das uvas elevou em aproximadamente 40% a permeabilidade à água da casca. O aumento da permeabilidade devido ao pré-tratamento
refletiu na cinética de secagem dessa variedade de
uva, estudada por GABAS (1998), onde verificou-se
que, a partir de concentrações de 2 e 3% de oleato de
etila, houve um aumento de aproximadamente 50 e
70% sobre a taxa de secagem, respectivamente.
iii
- 10
§
ci>
'"
8
13
6
~
x
•
4
0,00305
0,00310
0,00315
0,00320
0,00325
0,00330
1/T(K 1)
FIGURA 4. Efeito da temperatura sobre a permeabilidade à água da casca de uva Itália.
40,-----------------------,
~
35
C/)
Glicose = 10%
NazC03 =2,0%
O estudo da influência da temperatura na permeabilidade foi realizado ajustando-se a equação de Arrhenius aos dados experimentais da Figura 4:
(\I'
E
~ 30
E
ãí
E 25
u
ce
(7)
•
•
cil
onde:
P o == constante da equação; Ea == a energia de ativação
do processo de permeação (kcal/mol K); R == constante
dos gases a/moI K); T == temperatura absoluta (K).
•
o 20
x
I
o
15
•
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
% Olooto
FIGURA 3. Efeito do pré-tratamento sobre a permeabilidade à água da casca de uva Itália.
Outros tipos de pré-tratamentos químicos são utilizados por RIVA, MASI (1986), porém o oleato de etila
aumentou a permeabilidade da casca ao vapor de água,
mesmo quando utilizado em baixas concentrações.
3.3 Efeito da temperatura
O efeito da temperatura do ar de secagem, na permeabilidade à água da casca da uva, pode ser observado na Figura 4, que mostra a permeabilidade em
94
Para uvas com e sem pré-tratamento químico, foram calculados valores de energia de ativação de 6,94
kcal/mol K e 7,46 kcal/mol K respectivamente, com
coeficientes de determinação do ajuste de 0,98 e 0,99,
e níveis de significância menores que 5%.
RIVA, MASI (1986) estudaram o efeito da temperatura sobre a permeabilidade da uva Itália e obtiveram uma energia de ativação de 4,51 kcal/mol K, para
as uvas sem pré-tratamento químico. A partir deste
resultado, pode-se observar que a permeação da água
através da casca não tratada requer uma energia de
ativação um pouco maior que para a uva com prétratamento.
3.4 Efeito da espessura da casca
A permeabilidade da casca da uva em função de
Braz. J. Food Technol., Campinas, 1(1,2): 90-96, jan/dez.1998
sua espessura, sem pré-tratamento, em concentrações
de glicose de 10 e 50%, pode ser observada na Figura
5, enquanto a Figura 6 apresenta resultados para uvas
tratadas.
Nota-se que a diminuição da espessura da uva da
variedade Thompson para a variedade Itália, ou seja,
de 0,043 ± O,OOlcm para 0,0301 ± O,OOlcm respectivamente, considerando a concentração de glicose igual
a 10%, resultou num aumento de aproximadamente
46% na permeabilidade. A princípio, poderia se pensar que o aumento na permeabilidade deveu-se à diminuição da espessura da casca. Entretanto, como se
observa na Figura 6, o pré-tratamento químico anulou completamente o suposto efeito da espessura.
9
8
cheio: Glicose = 10%
vazio: Glicose = 50%
'";;;7
E
6
(ij
--5
E
()
o
o
•
o
Variedade
Itália
Rubi
Red Globe
Thomps:Jn
v
~
"I.
E
()
•
•
o
"b
- A permeabilidade à água das cascas foi influenciada pela temperatura do ar de secagem, concentração de
glicose e pré-tratamentos químicos, porém a espessura
da casca apresentou influência somente na ausência de
pré-tratamentos.
- A influência do pré-tratamento químico sobre a permeabilidade à água da casca de uva Itália foi maior que
o efeito produzido pela temperatura do ar.
- O estudo do efeito do pré-tratamento químico sobre
a permeabilidade da casca de uva permitiu a confirmação de que a película de cera que a recobre é a principal
barreira à transferência de massa no processo de secagem dessa fruta.
AGRADECIMENTOS
~
x
4. CONCLUSÕES
o
~4
I
O
Dessa forma, pode-se concluir que a variação da
permeabilidade nas diferentes variedades de uva
poderia ser atribuída à constituição da camada de
cera que envolve a casca, já que a quantidade de cera
pode variar de acordo com a safra, variedade ou mesmo com o manuseio da fruta.
3
o
2
0.030
0.032
0.034
0.036
0.038
0.040
0.042
0.044
Os autores agradecem ao CNPq (Processo No.
521168/961) pelo apoio financeiro e à Cooperativa
Frupeg de Jales - SP, pela doação da matéria-prima.
Espessura (cm)
FIGURA 5. Efeito da espessura sobre a permeabilidade da casca de uva, sem pré-tratamento.
48
46
cheio: Glicose = 10%
vazio: Glicose = 50%
•
o
o
•
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g
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--g
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v
34
0.030
0.032
0.034
0.036
0.038
0.040
0.042
0.044
Espessura (cm)
FIGURA 6. Efeito da espessura sobre a permeabilidade da casca de uva com pré-tratamento de oleato de
etila 10% e carbonato de sódio 6%.
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