ESTUDO DA SECAGEM DE AMÊNDOAS DE CACAU EM FUNÇÃO DA VARIEDADE DO FRUTO: CATONGO, COMUM, TSH1188 E CCN51

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ESTUDO DA SECAGEM DE AMÊNDOAS DE CACAU EM FUNÇÃO

DA VARIEDADE DO FRUTO: CATONGO, COMUM, TSH1188 E

CCN51

B. A. S. ENGELHARDT¹* e L. S. ARRIECHE² 1

Aluna de Iniciação Científica (PIVIC/UFES) Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, Curso de Engenharia Química

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Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, Departamento de Engenharias e Tecnologia

E-mail para contato: *[email protected]

RESUMO – A secagem das amêndoas do cacau é necessária para produção e

conservação da qualidade de chocolates. Assim, este trabalho consistiu em promover a secagem artificial das amêndoas em leito fixo, por convecção natural e forçada. Os secadores foram operados a uma temperatura do ar de secagem de 70°C. A secagem com as quatro variedades de cacau, a citar Catongo, Comum, TSH1188 e CCN51, ocorreu por meio de camada única. Mediu-se a massa e foi possível analisar o encolhimento, dimensões e a forma das partículas, a partir do software ImageJ®, em função do tempo de secagem. Cada espécie de cacau mostrou características diferenciadas de composição, quantidade de polpa e tempo de fermentação. Além disso, o tempo de secagem e evolução de forma também foi distinguível entre os tipos de secadores utilizados, com predominância no período de taxa decrescente de secagem. O estudo se mostrou importante para o desenvolvimento de processos de produção e desenvolvimento de chocolates nas indústrias.

1. INTRODUÇÃO

O cacau é uma espécie arbórea de grande valor econômico, com diversos usos industriais. A secagem das amêndoas do cacau é necessária para a produção de chocolates, estando entre a fermentação e a torrefação. Confere ao produto, sabor e aroma característicos. Além de suas agradáveis qualidades sensoriais, segundo Schumacher (2008) o chocolate possui ainda propriedades benéficas à saúde devido à presença dos flavonoides (substâncias pertencentes ao grupo dos polifenóis), que atuam como antioxidantes, reduzindo o LDL-colesterol e também a agregação plaquetária.

Segundo Colestino (2010), a secagem excessiva do cacau confronta com questões econômicas, em termos de aumentar os custos de energia e cessar os processos químicos e bioquímicos iniciados

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durante a fermentação. A secagem pode ser obtida naturalmente, fazendo uso da energia solar, ou artificialmente, através da secagem térmica. No entanto, questões como a secagem excessiva e a secagem acelerada devem ser consideradas.

Sob o ponto de vista tecnológico, o método de secagem artificial de sementes de cacau se justifica a possibilitar a otimização da relação custo-benefício e o atendimento aos padrões de qualidade, como acidez, cor e aroma, bem como aspectos nutricionais. A secagem em leito fixo apresenta algumas vantagens em relação à secagem em leitos móveis. Por exemplo, não há gasto adicional de energia para mover as partículas sólidas ao longo do leito e os danos mecânicos nos materiais podem ser minimizados.

A viabilidade da técnica de secagem em leito fixo, para a redução do teor de umidade de sementes, foi avaliada nos trabalhos em destaque de Prado (1999) e Ferreira (2003), os resultados dessas pesquisas indicaram que este tipo de secador é promissor para estes materiais. O estudo em leito fixo cresce em importância pelo fato deste constituir a base para a compreensão dos fenômenos de transferência de calor e massa que permeiam os estudos em outros leitos particulados. Além da importância técnico-científica, os secadores convectivos, em leito fixo e camada espessa, são, ainda hoje, largamente empregados devido aos baixos custos de implantação e manutenção, à facilidade de operação e a sua grande versatilidade.

Com isso, percebeu-se a necessidade de novas pesquisas, na área de engenharia, direcionadas ao comportamento de sementes de espécies arbóreas nativas, frente ao fluido de secagem. Tendo como objetivo a avaliação dos mecanismos de encolhimento, as variações nas propriedades físicas e a manutenção das características de qualidade. A proposta deste trabalho consistiu em promover o método de secagem em leito fixo, por convecção natural e forçada, em função da variedade do fruto: Catongo, Comum, TSH1188 e CCN51.

2. METODOLOGIA

2.1. Preparo das sementes

Foram utilizadas sementes de cacau, Teobroma cacao L., provenientes das culturas cacaueiras do Norte do Espírito Santo, devido à importância econômica para essa região. Optou-se por quatro tipos de cacau: Catongo, Comum, TSH1188 e CCN51, conforme mostrado na Figura 1.

Após a colheita do cacau, foram efetuadas as operações de abertura dos frutos e fermentação das sementes, por cinco e sete dias, retirando a polpa que as envolve, diminuindo assim o tempo de secagem.

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Figura 1- Tipos de cacau (a) Catongo (b) Comum (c) TSH1188 (d) CCN51.

2.2. Testes de secagem e caracterizações físicas

Dois tipos de secadores foram utilizados, a citar estufa de convecção natural e um equipamento de leito fluidizado. Nesse equipamento, foi adaptado um leito fixo com uma célula de secagem cilíndrica de acrílico, com 10 cm de diâmetro, 26 cm de altura e com 200 furos de diâmetro 0,05cm, para a distribuição do ar. A câmara de secagem foi acoplada na região de saída do ar, de forma a facilitar a sua retirada. Os testes de secagem foram conduzidos à temperatura de 70 0C, com velocidade do ar entre 0,5 e 3,0 m/s, na entrada do leito. Foi projetado uma caixa luminosa com dimensões 25x30x15 cm, contendo em sua parte superior vidro e em seu interior 4 lâmpadas fluorescentes. O objetivo foi a obtenção de uma melhor qualidade das imagens digitais das sementes, que posteriormente foram utilizadas para obtenção de suas caracterizações físicas.

As amostras foram fotografadas, com câmera digital CASIO Exilim®, a cada medida de massa, registrada em intervalos de tempo de 30 minutos. A análise de imagens foi feita com o auxílio do software ImageJ®. Foram determinados os seguintes fatores de forma: área, perímetro, diâmetro de Feret, circularidade, relação de aspecto (AR) e esfericidade (Roundness).

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3. RESULTADOS

3.1. Testes de secagem e caracterizações físicas

Foram realizados testes de secagem artificial das amêndoas em leito fixo, por convecção natural e forçada, com cada tipo de amêndoa, com diferentes dias de fermentação (5 e 7 dias). Desse modo, foi possível comparar os dados obtidos com os diferentes secadores e com diferentes tempos de fermentação. A partir da medida de massa, em balança analítica, foi possível verificar o decréscimo de umidade de cada tipo das amêndoas em função do tempo.

3.1.1. Secagem em estufa

A partir do gráfico representado na Figura 2, é possível verificar que no decorrer do experimento houve diminuição de massa com o aumento do intervalo de tempo da secagem em estufa para cacau tipo Catongo. Observa-se também que as amostras com 5 e 7 dias de fermentação possuem teores de umidade próximos a 50 % (b.u.) no início da secagem. Porém, amostras com 7 dias de fermentação apresentaram velocidade de secagem maior, uma vez que a curva de 7 dias (curva vermelha) posiciona-se abaixo da curva azul. Isso pode ser causado por fermentação insuficiente em 5 dias, o que acarreta maior quantidade de polpa ainda aderida às amêndoas.

A partir da Figura 3, observa-se que as amostras de cacau tipo Comum, tanto em 5 ou 7 dias de fermentação, perderam massa com valores próximos, ou seja, com velocidades de secagem próximas. Isso pode ser constatado pela sobreposição quase total das curvas. Esses resultados foram bastante distintos em relação ao tipo Catongo, o que pode ser explicado pelos diferentes tamanhos de semente, quantidade de polpa, teor de açúcares e umidade.

Essas variáveis podem ter afetado a fermentação e separação da polpa, no intervalo de tempo considerado, para os tipos estudados. Esta observação é de grande importância para a indústria do processamento de cacau, pois evidencia que diferentes tipos do fruto devem ser processados em tempos de fermentação e secagem distintos, a fim de se obter as substâncias percursoras de sabor, desencadeadas pela fermentação e secagem.

A partir dos gráficos representados nas Figuras 4 e 5, é possível verificar que apenas os dados de secagem com 5 dias de fermentação foram considerados. Isso foi devido ao fato de que as amostras que fermentaram por 7 dias apresentaram desenvolvimento de fungos e odor desagradável no início do processo, tendo sido necessário interromper a secagem.

Assim, pode-se concluir que as espécies de cacau TSH11 e CCN51 não precisam do mesmo tempo de fermentação que as demais. Isto indica que a fermentação para essas espécies deve ser interrompida com 5 dias. Além disso, de acordo com os mesmos gráficos, as amêndoas apresentaram umidade inicial inferior para 7 dias de fermentação, indicando variações na composição e/ou quantidade da polpa para as espécies de cacau TSH11 e CCN51 durante a fermentação excessiva.

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Figura 2 – Gráfico com resultados de secagem em estufa, cacau tipo Catongo a temperatura de 70ºC.

Figura 3 – Gráfico com resultados de secagem em estufa, cacau tipo Comum a temperatura de 70ºC.

Figura 4 – Gráfico com resultados de secagem em estufa, cacau tipo TSH1188 a temperatura de 70ºC.

Figura 5 – Gráfico com resultados de secagem em estufa, cacau tipo CCN51 a temperatura de 70 ºC.

3.1.2. Secagem em leito fixo por convecção forçada

Analisando os gráficos nas Figuras 6, 7 e 8 é possível verificar que, as amostras com 5 dias de fermentação possuem umidade maior no início da secagem, pois levou menos tempo para a separação da polpa por fermentação. Observa-se, também, que as amostras, em 5 dias de fermentação, perderam massa com velocidade menor, conforme constatado para o cacau Catongo seco em estufa (Figura 2).

No gráfico representado na Figura 9, é possível verificar resultados similares de perda de massa em função do tempo em cacau tipo CCN51. No entanto, a secagem precisou ser interrompida, pois houve a proliferação de fungos. Isso pode indicar o início da putrefação ou fermentação excessiva em

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5 e 7 dias, para esse tipo de cacau.

Outra informação relevante foi o tempo observado da secagem por convecção forçada e natural, ao se comparar os tipos de secadores. Observou-se que o tempo de estabilização de umidade das amêndoas pela secagem na estufa levou, aproximadamente, 1500 minutos; enquanto a secagem realizada em leito fixo por convecção forçada levou, aproximadamente, 800 minutos. Verificou-se então, que a secagem em leito fixo por convecção forçada, é 50% mais rápida e possibilita a otimização de processos na produção de chocolates nas indústrias.

Figura 6 – Gráfico com resultados de secagem em leito fixo por convecção forçada, cacau tipo Catongo

a 70 ºC e 1 m/s.

Figura 7 – Gráfico com resultados de secagem em leito fixo por convecção forçada, cacau tipo

Comum a 70 ºC e 1 m/s.

Figura 8 – Gráfico com resultados de secagem em leito fixo por convecção forçada, cacau tipo TSH1188

a 70ºC e 1 m/s.

Figura 9 – Gráfico com resultados de secagem em leito fixo por convecção forçada, cacau tipo CCN51 a

70ºC e 1 m/s.

3.2. Análise de imagens

É apresentado nas Tabelas 1 e 2, a análise de imagens com os tipos de cacau com secagem em estufa e nas Tabelas 3 e 4 os tipos de cacau com secagem em leito fixo por convecção forçada.

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Tabela 1 – Dimensões de amostras de sementes obtidas no início da secagem por estufa

Amostras com 5 dias de fermentação Área (cm2₎ Perímetro (cm) Diam Feret (cm) Circularidade (-) (AR) (-) Esfericidade (-) Catongo 2,239 6,540 2,415 0,658 1,955 0,512 Comum 3,024 7,316 2,752 0,710 1,867 0,536 TSH1188 2,949 7,114 2,628 0,732 1,726 0,579 CCN51 3,349 7,944 2,772 0,667 1,671 0,598

Amostras com 7 dias de fermentação

Catongo 2,119 6,999 2,148 0,544 1,035 0,966

Comum 2,844 7,102 2,495 0,709 1,640 0,610

Tabela 2 – Dimensões de amostras de sementes obtidas no final da secagem por estufa

Catongo 1,358 4,484 1,625 0,849 1,509 0,663

Comum 1,399 4,621 1,729 0,823 1,656 0,604

Tabela 3 –Dimensões de amostras de sementes obtidas no início da secagem em leito fixo por convecção forçada

Amostras com 5 dias de fermentação Área (cm2) Perímetro (cm) Diam Feret (cm) Circularidade (-) (AR) (-) Esfericidade (-) Catongo 2,727 7,102 2,802 0,679 2,055 0,487 Comum 2,737 7,436 2,705 0,622 2,062 0,485 TSH1188 2,357 6,442 2,562 0,714 2,046 0,489 CCN51 2,357 6,183 2,384 0,775 1,807 0,554

Catongo 1,473 4,932 1,849 0,761 1,842 0,543

Comum 2,165 6,386 2,500 0,667 2,266 0,441

Tabela 4 – Dimensões de amostras de sementes obtidas no final da secagem em leito fixo por convecção forçada

Catongo 1,917 5,679 2,160 0,747 1,879 0,532

Comum 2,257 6,041 2,270 0,777 1,823 0,549

Os fatores de forma reunidos nas Tabelas 1 a 4 são definidos segundo Peçanha e Massarani (1986) e são descritos a seguir.

Área: área projetada das partículas mm²; Perímetro: o comprimento do limite da área projetada selecionada, em mm; Circularidade: razão entre a área projetada medida e a área do círculo do mesmo perímetro da área projetada. O valor unitário indica um círculo perfeito. À

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medida que o valor aproxima-se de zero, indica o aumento da forma alongada; Diâmetro de Feret: a distância mais longa entre quaisquer dois pontos ao longo do limite de seleção, também conhecido como diâmetro calibrador máximo. Usa-se a denominação Feret. Relação de Aspecto (AR): a relação de aspecto da elipse ajustada à partícula, por exemplo. Se a elipse de ajuste for selecionada na análise de imagens, os eixos principal e secundário são exibidos, denominados AR; Esfericidade (Roundness): Definida como ou o inverso da Relação de Aspecto. Usa a denominação

Round.

Comparou-se os valores iniciais das amêndoas com os finais, notou-se que as dimensões das amêndoas apresentaram alterações, como por exemplo, a área projetada, onde ocorre diminuição de área à medida que há decréscimo de massa. De forma geral, as partículas estudadas apresentaram encolhimento e os fatores de forma não se mantiveram constantes, tanto para as espécies de cacau, quanto para os tipos de secadores.

4. CONCLUSÃO

Neste estudo de secagem, foi possível analisar e estabelecer melhores procedimentos durante todo processo de fabricação de chocolates especiais, principalmente, fermentação e secagem. Em geral, os resultados foram satisfatórios, em que foi possível analisar o encolhimento e a forma das amêndoas, ao longo do tempo de secagem, comparando seus valores. Cada espécie de cacau mostrou características diferenciadas de composição, quantidade de polpa e tempo de fermentação. Além disso, o tempo de secagem e evolução de forma também foi distinguível entre os tipos de secadores utilizados. Este trabalho se mostrou importante para o desenvolvimento do processo de produção de chocolates nas indústrias, onde se obtive maiores informações sobre o efeito da secagem nas amêndoas de cacau e a melhoria de sua qualidade tecnológica e sensorial.

5. REFERÊNCIAS

COLESTINO, S. M. C. Princípios de Secagem de Alimentos. Planaltina. DF: Embrapa Cerrados, p. 51, 2010.

FERREIRA, M.M.P. Desenvolvimento, caracterização e secagem de sementes com cobertura

artificial. Doutorado, PPG-EQ/UFSCAR, p. 235, 2003.

PEÇANHA, R. P., MASSARANI, G. Dimensão Característica e Forma de Partículas. Anais do XIV Encontro sobre escoamento em Meios Porosos, Campinas, p.302-312, 1986.

PRADO, M.M. Secagem de sementes de mamão papaya. Mestrado, PPG-EQ/UFSCar, São Carlos-SP, p. 108, 1999.

SCHUMACHER, A.M. Desenvolvimento de um chocolate meio amargo com maior percentual de

proteína. 91 f. Pós graduação- Universidade Federal do Rio grande do sul, Porto alegre, 2008.

ESTUDO DA SECAGEM DE AMÊNDOAS DE CACAU EM FUNÇÃO DA VARIEDADE DO FRUTO: CATONGO, COMUM, TSH1188 E CCN51