Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.3, n.1, p.53-59, 2001 53 CINÉTICA DE SECAGEM EM CAMADA FINA DO MALTE VERDE DE CEVADA
Iratan Jorge dos Santos1, Sandra Maria Couto2 , Ednilton Tavares de Andrade3
RESUMO
A produção nacional de grãos de cevada gera, por ano, 270 mil toneladas de malte, que é bem menor do que aquele que é consumido, em torno de 1 milhão de toneladas. O sabor final de uma cerveja depende de uma série de parâmetros relacionados com a qualidade inicial da cevada e com as várias etapas de seu processamento. A qualidade do malte, proveniente do processo de malteação da cevada, destaca-se como um fator de grande importância e depende do teor de enzimas presentes, que, por sua vez, é influenciado pela temperatura de secagem usada na sua obtenção. Neste trabalho investigou-se a cinética de secagem do malte verde de cevada, variedade BR-2. Modelos clássicos de secagem foram ajustados aos dados experimentais de desidratação do produto. O modelo de Page foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, apresentando um coeficiente de determinação de 0,98 e um erro médio estimado de 0,28.
Palavras-chave: secagem, malte, modelagem.
KINETICS OF MALT PROCESS OF BARLEY ABSTRACT
The national production of barley generates, per year, 270 thousand ton of malt. This amount is much less than that required for beer industries, about 1 million ton. The final flavor of a beer depends on a series of parameters related with the initial quality of the barley and with the several stages of its processing. The malt quality is a factor of the greatest importance and it depends on the amount of enzymes in the product that is influenced by the temperature used during the drying process. In this work, the kinetics of drying malt, from barley grains of variety BR-2, was investigated. Classical drying models were adjusted to the experimental data. The Page model, the best one to express the experimental data, presented a determination coefficient of 0,98 and an estimated mean error of 0,28.
Keywords: drying, malt, modeling.
1 Doutorando, Dep. Tecnologia de Alimentos, UFV, Viçosa, MG, CEP-36571-000, iratan@alunos.ufv.br.
2 Prof. Adjunto, Dep. de Eng. Agrícola, UFV, Viçosa, MG, scouto@mail.ufv.br.
3 Pesquisador Recém-Doutor, Dep. Ciência dos Alimentos, UFLA, Lavras, MG, CEP-37200-000, ednilton@.ufla.br
INTRODUÇÃO
A cevada tem sido cultivada no Brasil, em pequena quantidade, desde a época colonial e, a partir de 1976, a produção deste grão foi incentivada pelo governo federal preocupado com a evasão de divisas causada pela importação deste produto e do malte (Arias, 1986).
Atualmente, cerca de 90% da cevada cultivada no Brasil, usada principalmente para fabricação de cerveja, é da variedade BR-2. A produção deste grão atende às três unidades de malteação nacionais e gera, por ano, 270 mil
toneladas de malte que é bastante pequena em comparação com o que se é consumido pelas cervejarias, em torno de um milhão de toneladas.
Para a obtenção do malte, a cevada é colocada em um tanque com água para ter sua umidade elevada até uma faixa de 42 a 45% b.u. e, a seguir, germinada, sob condições controladas. Ao final desta etapa, o produto resultante é denominado de malte verde. A cevada germinada é, então, submetida a um processo de secagem para a redução de sua umidade até, aproximadamente, de 3 a 5% b.u. (Hyrclik, 1998), resultando no malte curado ou simplesmente malte.
54
O sabor final de uma cerveja depende de uma série de parâmetros relacionados com a qualidade inicial da cevada e com as várias etapas de seu processamento. Dentre estes, destaca-se como um fator de grande importância, a qualidade do malte, que depende do teor de enzimas presentes no produto, que, por sua vez, é influenciado pela temperatura de secagem da cevada germinada.
Os componentes do aroma, do paladar e da cor característica do malte são formados por reações químicas complexas que acontecem quando o malte é submetido à secagem (Wuhrer, 1948; Cottingham & Cia, 1997). Para a obtenção de malte claro, essas reações devem ser mantidas em nível mínimo e a taxa de remoção de umidade, em nível ideal, sem utilizar temperaturas elevadas.
Ao contrario, para produzir maltes escuros, utilizam-se temperaturas elevadas enquanto o teor de umidade ainda é alto (Brahma, 1998).
Diferentes valores de temperatura do ar de secagem podem ser usados na desidratação do malte verde, conforme literatura disponível.
Wuhrer (1948) relatam que uma temperatura do ar na faixa de 70 a 100 oC seria adequada para tal processo. Segundo Lewis e Toung (1995), um processo de secagem mais eficiente é obtido quando se usam, numa mesma operação, diferentes temperaturas do ar de secagem, na faixa de 50 a 85oC, de acordo com a umidade do produto.
O processo de secagem da cevada germinada, malte verde, é descrito por Lewis e Toung (1995) em três estágios. No primeiro, o produto encontra-se bastante úmido e a água superficial do grão e aquela das camadas inferiores, próximas à superfície, podem ser facilmente removidas pelo uso de fluxos de ar elevados, à temperaturas de 50 a 60ºC. Nesta fase, a evaporação da água dos grãos esfria-os fazendo com que as enzimas do malte não sejam tão sensíveis à temperatura inicial do ar de entrada.
Durante esta fase o teor de umidade do malte é reduzido para 23-25% b.u. No segundo estágio, a umidade deve difundir das camadas mais profundas do grão para a superfície e, então, ser removida. A umidade é reduzida para 12% b.u. O grão encolhe a medida que é seco, isto reduz a distância que a umidade deve difundir, como também a área superficial na qual ela pode ser evaporada. Se a temperatura e o volume de ar de secagem permanecerem os mesmos, o ar de saída carrega menos água que a sua carga máxima, sendo necessário um aumento de temperatura (em torno de 70ºC), para aumentar a eficiência de secagem. Quando a cevada encontra-se abaixo de 12% b.u., existe, praticamente, apenas a água de constituição e, para remove-la, a temperatura do ar
deve ser novamente elevada. Geralmente, neste estágio são usadas temperaturas de 80 a 85ºC.
Neste terceiro estágio, a umidade é reduzida de 12 para 5% b.u., e quando o grão se aproxima de 5%
b.u. o malte está curado e, então, é deixado em repouso (de 4 a 8 horas), até alcançar umidade final de 3-5%b.u.
O comportamento térmico e de desidratação de grãos de cevada da variedade BR-2, após germinação, ainda não é bem conhecido. Assim, este trabalho teve por objetivo investigar a cinética de secagem de sementes de cevada germinadas ou do malte verde.
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi conduzido no Laboratório de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas, do Departamento de Engenharia Agrícola, situado na Universidade Federal de Viçosa.
Foram utilizadas sementes de cevada (Hordeum vulgare) da variedade BR-2, safra 1997/1998, fornecidas pela Companhia Brahma (Filial Maltaria Navegantes, Porto Alegre-RS). O produto de trabalho apresentava as seguintes características iniciais: (a) teor de umidade de 11,4% b.u.; (b) 95 % de poder germinativo; (c) teor de proteínas de 12 % e (d) massa específica aparente igual a 733 kg.m-3.
Para a obtenção do malte verde, amostras de sementes de cevada foram submetidas a um processo de hidratação (“2/4/1/4/1” intercalado) e, a seguir, a um de germinação (a 16oC), ambos seguindo as metodologias descritas por Santos (1999).
Amostras do malte verde, cevada germinada, foram, então, submetidas a secagens contínuas com ar às temperaturas de 55, 67 e 80 ºC e, também, a uma secagem combinando as três temperaturas (55, 67 e 80 ºC) em uma mesma operação, denominada no texto de “combinada”. No último caso, a temperatura do ar de secagem de 55 ºC foi empregada até o produto atingir o teor de umidade entre 23 e 25 % b.u. A seguir, a temperatura do ar de secagem foi aumentada para 67ºC, até o produto atingir 12 %b.u. Finalmente, elevou-se a temperatura do ar de secagem para 80 ºC. Em todos os testes, foram usadas amostras que continham, em média, 460 g do produto. A espessura da camada de malte verde foi de, aproximadamente, 3,5 cm. Durante cada secagem foram realizadas pesagens periódicas das amostras, até que estas atingissem um teor de umidade de, aproximadamente, 4% b.u. A curva de secagem, em cada caso, é proveniente de três determinações.
55 Os testes de secagem foram realizados em
um secador de laboratório com controle de vazão e temperatura, conforme descrito por Santos (1999).
A temperatura foi controlada por um termômetro ordinário, com precisão de 1ºC, e a vazão do ar de secagem (81,6 m3 min-1 m-2) foi controlada por um anemômetro de lâminas rotativas. Durante os testes foram medidas as temperaturas de bulbo úmido e de bulbo seco do ar ambiente.
Aos dados experimentais de desidratação das amostras de malte foram ajustados modelos clássicos de secagem (Jayas et al., 1995):
exponencial, Page, Thompson e dos resíduos sucessivos (com dois termos), representados pelas equações (1), (2), (3) e (4), respectivamente.
RU = exp (-k t) (1)
RU = exp (-K tn) (2)
t = A ln (RU) + B (ln (RU))2 (3)
RU = =a exp (-b t) + c exp (-d t) (4)
em que,
RU - razão de umidade (adimensional);
RU =M(in) -M (eq) (eq) M - (t) M
M(t) - teor de umidade no tempo t (% b.s.);
M(in) - teor de umidade inicial (% b.s.);
M(eq) - umidade de equilíbrio (% b.s.);
t - tempo (segundos);
k = a.exp(-b/(273,15+T))
T - temperatura do ar de secagem (ºC);
A=-a+b T B= a exp(b T)
k, a, b, c, d, A, B, n - constantes que dependem do produto.
O teor de umidade de equilíbrio higroscópico foi calculado pela equação de Henderson modificada, ajustada para o Malte (Afonso Junior & Corrêa, 2000).
M(eq) =
3673 , 1 / 1
)) 0396 , 9 .(
0005 , 0 (
) 1 ln(
T
UR (5)
em que,
UR - umidade relativa do ar de secagem (decimal);
T - temperatura do ar de secagem (ºC).
A eficiência de cada um dos modelos, expressos pelas equações de (1) a (4), para descrever as curvas de secagem do malte verde foi
testada analisando-se o erro médio estimado (SE) para cada modelo, calculado por:
SE (Y Y)
GLR
2
(6) em que,
Y - valor observado experimentalmente;
Y - valor calculado pelo modelo;
GLR - graus de liberdade do modelo.
A capacidade do modelo em descrever com fidelidade o processo físico é inversamente proporcional ao valor de SE (Draper & Smith, 1981; Douglas & Donald, 1988; Chen &
Morey; 1989; Chen & Jayas, 1998).
A taxa de redução de água durante a desidratação do malte verde foi determinada por (Corrêa et al., 2001):
)) t - (t
* )/(Ms Ma - (Ma
TRA o i i o (7)
em que,
TRA - taxa de redução de água, (kg kg-1 h-1);
Mao - massa de água total anterior, (kg);
Mai - massa de água total atual, (kg);
Ms - matéria seca, (kg);
to - tempo total de secagem anterior, (h);
ti - tempo total de secagem atual, (h).
RESULTADO E DISCUSSÃO
A Tabela 1 apresenta as equações resultantes dos ajustes dos modelos clássicos aos dados de secagem do malte (regressão não linear), com os respectivos coeficientes de determinação (R2) e erros médios estimados (SE). Pode-se observar que, em termos de coeficiente de determinação, todos os modelos ajustados representam bem a secagem do malte; em todos os casos, estes coeficientes são acima de 0,90. Entretanto, quando se considera simultaneamente o coeficiente de determinação e o erro médio estimado, nota-se que o modelo de Page foi o que melhor se ajustou à secagem de malte, apresentando um coeficiente de determinação de 0,98 e um erro médio relativo de 0,28.
O modelo de Page foi o que se ajustou melhor aos dados de secagem de malte, em camada fina e espessa, provenientes de experimentos realizados por Bala e Woods (1984;1992) e, também, aos dados experimentais de secagem de vários outros produtos agrícolas, tais como: feijão
56
(Afonso Junior & Corrêa, 1999), canola (Christ, 1996) e soja (Soares, 1986).
Segundo Brooker et al. (1992), a eficiência do modelo de Page, equação (2), em predizer a secagem de grãos é melhor do que a do modelo exponencial, equação (1). Contudo, a taxa de secagem inicial obtida pela equação (2) é, geralmente, muito alta. De acordo com os autores, as equações de secagem puramente empíricas, como a proposta por Thompson, equação (3), são freqüentemente usadas para grãos por representarem o comportamento de secagem melhor que as outras equações semi-empíricas, equações (1) e (2). Entretanto, isto não foi verificado para o malte.
As Figura 1, 2, 3 e 4 apresentam as curvas de desidratação do malte, provenientes dos ajustes usando o modelo de Page, e a taxa de redução de água, durante o processo, para secagens às temperaturas de 55, 67, 80oC e para a
“combinada”, respectivamente.
Observa-se das Figuras de 1 a 4 que os intervalos de tempo necessários para reduzir a umidade do produto de, aproximadamente, 43 para 4% b.u. foram de 270, 165, 100 e 140 minutos para secagens às temperaturas de 55, 67, 80ºC e
“combinada”, respectivamente. O tempo de secagem do produto mediante o emprego do método das temperaturas combinadas é 15,4%
inferior àquele quando se empregou a temperatura
de 67ºC, e 35% superior ao tempo de secagem usando 80ºC.
Pela Figura 4 observa-se que a curva da taxa de redução de água apresenta algumas quedas nos pontos de mudança de temperatura, isto se deve ao fato do processo de secagem ser ligeiramente interrompido para ajuste da temperatura do ar de secagem para a temperatura subseqüente.
Assim, baseando-se nos coeficientes de determinação das equaçãoes ajustadas, observa-se que todos os modelos podem ser utilizados com as respectivas incertezas, em outras aplicações para secagem de malte.
CONCLUSÃO
Pelos resultados obtidos pode-se concluir que:
- Todos os modelos estudados representaram bem (coeficiente de determinação acima de 0,9) a cinética de secagem do malte.
-
- O modelo de Page (coeficiente de determinação de 0,98) foi o que melhor expressou o comportamento do malte durante o processo de secagem.
.
Tabela 1. Equações ajustadas aos modelos clássicos de secagem de cevada germinada
Modelo Equação R2 SE
Exponencial:
T t
e e
RU 273,15
14 , 3751 93
,
1885 . 0,94 0,64
Page:
7012 , 0
15 , 273
48 , 2958 80
,
536 t
e T
e RU
0,98 0,28 Thompson: t 104,1053 1,0762T ln ( RU) 0,4331e0,0342.T log( RU) 2
0,90 8,22
Resíduos:
t e
t
e T T
e e
RU
6999 , 150 3625
, 157
2022 , 0 1923
, 2
7206 , 0 .
2723 , 0
0,96 1,71
57
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 50 100 150 200 250 300
Tempo (minutos)
Teor de Umidade (% b.u.)
0 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015 0,018 0,021 0,024 0,027 0,03
Taxa de Redução de Água (kg.kg-1 .min-1 ) Teor de Umidade
Teor de Umidade Ajustado Taxa de Redução de Água
Figura 1. Curvas de secagem do malte e taxa de redução de água, com temperatura do ar de secagem de 55ºC, pelo modelo de Page.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Tempo (minutos)
Teor de Umidade (% b.u.)
0 0,004 0,008 0,012 0,016 0,02 0,024 0,028 0,032 0,036 0,04
Taxa de Redução de Água (kg.kg-1 .min-1 ) Teor de Umidade
Teor de Umidade Ajustado Taxa de Redução de Água
Figura 2. Curvas de secagem do malte e taxa de redução de água, com temperatura do ar de secagem de 67ºC, pelo modelo de Page.
58
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Tempo (minutos)
Teor de Umidade (% b.u.)
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05
Taxa de Redução de Água (kg.kg-1 .min-1 ) Teor de Umidade
Teor de Umidade Ajustado Taxa de Redução de Água
Figura 3. Curvas de secagem do malte e taxa de redução de água, com temperatura do ar de secagem de 80ºC, pelo modelo de Page.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Tempo (minutos)
Teor de Umidade (% b.u.)
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035
Taxa de Redução de Água (kg.kg-1 .min-1 ) Teor de Umidade
Teor de Umidade Ajustado Taxa de Redução de Água
Figura 4. Curvas de secagem do malte e taxa de redução de água, com temperatura do ar de secagem combinada (55, 67 e 80ºC), pelo modelo de Page.
59 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Afonso Junior, P.C.; Correa, P.C. Comparação de modelos matemáticos para descrição da cinética de secagem em camada fina de sementes de feijão. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, v.3, n.3, p.349-353. 1999.
Afonso Junior, P.C.; Correa, P.C. Seleção de modelos para estimar isotermas de adsorção de malte. In: Congreso Argentino de Ingeniería Rural, 6; Congreso Americano de Educación en Ingeniería Agrícola, 2, 2000, Buenos Aires, Anais... Buenos Aires: Departamento de Ingeniería Agrícola/Facultad de Agronomía - Universidad de Buenos Aires, 5p.
Arias, G. A. Cultura da cevada no Brasil. In:
Reunião de Especialistas em aveia, cevada e triticale, 1, 1986, Montevideo, Diálogo XII..., Montevideo: 1986. p.80-94.
Bala, B. K.; Woods, J. L. Simulation of deep bed malt drying. Journal Agricultural En- gineering Research. London, v.30, p.235-244, 1984.
Bala, B. K.; Woods, J. L. Thin layer drying models for malt. Journal of Food Engineering.
Barking, v.16, n1, p.239-249, 1992.
Bhahma. Cevada: matéria-prima da cerveja.
1998.http://www.brama.com.br/produtos/cerve jas /inst/cerv/materia7.htm.
Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; HALL, C.W. Drying and storage of grains and oilseeds. New york: AVI Publishing Company, 1992, 450p.
Chen, C.; Jayas, D.S. Evaluation of the GAB equation for the isotherms of agricultural products. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.41, n.6, p.1755-1760, 1998.
Chen, C.; Morey, V. Equilibrium relativity humidity (ERH) relationships for yellow-dente corn. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.32, n.3, p.999-1006, 1989.
Corrêa, P.C.; Machado, P.F.; Andrade, E.T.
Cinética de secagem e qualidade de grãos de milho-pipoca. Ciência e Agrotecnologia. v.25, n.1, p.134-142. 2001.
Cottingham & Cia, Contribute good bier. Malting Barley, 1997. http://www.corona.com.tw/~coro na/newcastle/brewery/malting.html.
Christ, D. Curvas de equilíbrio higroscópico e de secagem da canola (Brassica napus L. var.
oleifera) e efeito da temperatura e da umidade relativa do ar de secagem sobre a qualidade das sementes. Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, 1996. 50p. (Dissertação de Mestrado).
Douglas, M.; Donald, G.W. Non linear regression analysis and its applications. New York:
Weley series in probability and mathematical statistics, John Wiley & Sons., 1988. 365p.
Draper, N.R.; Smith, H. Applied regression analysis. New York: Weley series in prob- ability and mathematical statistics, John Wiley
& Sons, 1981. 709p.
Hirclik, K. Barley and the malting process.
Columbia Brewing, 1998. http://www.
crestonbc.com/kokanee/malting.html.
Jayas, D.S.; White, N.D.G.; Muir, W.E. Stored- Grain Ecosystems. New York: MARCEL DEKKER, INC., 1995. 757p.
Lewis, M.J.; Joung, T.W. Brewing. London:
Champman &Hall, 1995. 260p.
Santos, I.J. Efeito da temperatura de secagem nas atividades da alfa e beta-amilase durante o processo de malteação de cevada (Hordeum vulgare) para produção de cerveja. Viçosa:
Universidade Federal de Viçosa, 1999. 70p.
(Dissertação de Mestrado).
Soares, J.B. Curvas de secagem em camada fina e propriedades físicas de soja (Glicine max L.). Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, 1986. 91p. (Dissertação de Mestrado).
Ramos, A.M. Equações de secagem de trigo em camada fina e determinação dos coeficientes de difusão de líquidos. Revista Brasileira de Armazenamento. Viçosa, v. 18 e 19, n.1 e 2, p.
43-47, 1994.
Wuhrer, P. Preparazione del malto, fabricazione della birra. 2.ed. Milano: Ulrico Hoepli, 1948.
740p.
60
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA Centro de Ciências e Tecnologia
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA CAMPINA GRANDE – PB
MESTRADO
Reconhecido pela CAPES – Conceito 5
ÁREAS DE CONCENTRAÇÃO
IRRIGAÇÃO E DRENAGEM Linhas de Pesquisa
Manejo de Solo, Água, Planta Salinidade
Engenharia de Irrigação e Drenagem Sensoriamento Remoto
Planejamento de Áreas Irrigadas
PROCESSAMENTO E ARMAZENAMENTO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS Linhas de Pesquisa
Armazenagem de Produtos Agrícolas Processamento de Produtos Agrícolas Crioconservação de Produtos Agrícolas Propriedades Físicas de Materiais Biológicos Tecnologia Pós-Colheita
CONSTRUÇÕES RURAIS E AMBIÊNCIA Linhas de Pesquisa
Construções de Silos
Materiais Convencionais e Não-convencionais em Construções Rurais Madeira e Estrutura de Madeira
Conforto Térmico de Instalações para Animais e Vegetais INSCRIÇÕES
Documentos exigidos:
Formulário de inscrição fornecido pela COPEAG, acompanhado de 2 fotos 3x4 Currículum Vitae, com cópia dos documentos comprobatórios
Cópia autenticada do diploma de graduação ou documento equivalente Histórico escolar da graduação
Documento militar, cédula de identidade e título de eleitor 2 cartas de recomendação (modelo fornecido pela COPEAG)
Declaração da IES de origem, atestando a inclusão do candidato no Programa Institucional de Capacitação Docente e Técnico (PICDT-CAPES), se for o caso
Declaração da empresa ou órgão público de origem, atestando a liberação do candidato por tempo integral, com ou sem recebimento de remuneração, se for o caso
Períodos de Inscrição:
Maio para início do Curso em Setembro Setembro para início do Curso em Março Endereço:
COPEAG – Coordenação de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola Av. Aprígio Veloso, 882, Bloco CM, 1o. Andar, C.P. 10087, Bodocongó CEP 58.109-970, Campina Grande, PB
Fone: (0xx83) 310.1055, Fax: (0xx83) 310.1185
http://www.deag.ufpb.br/~copeag, Email: copeag@deag.ufpb.br
This document was created with Win2PDF available at http://www.daneprairie.com.
The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
