ESTUDO DA SECAGEM DE AÇAÍ (Euterpe oleracea Mart) EM LEITO DE JORRO RESUMO

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De 20 a 23 de Outubro de 2013 Maceió-AL

ESTUDO DA SECAGEM DE AÇAÍ (Euterpe oleracea Mart) EM LEITO DE JORRO

R. G. COSTA1*, K. ANDREOLA1, C. A. M da SILVA1, L. J. G. FARIA2, O. P. TARANTO1

1

Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, 2

Universidade Federal do Pará, Faculdade de Engenharia Química *

e-mail: gcosta.rosi@gmail.com

RESUMO

A polpa de açaí é um alimento nutritivo, energético e com alta capacidade antioxidante. Seu consumo vem sendo indicado para auxiliar no tratamento de doenças cardíacas, de colesterol e de leucemia. Contudo, sua alta perecibilidade torna necessário estudos para sua conservação. Uma alternativa para aumentar seu tempo de vida útil é a transformação da polpa de açaí em pó, diminuindo assim sua atividade de água. Uma técnica quem vem sendo estudada e indicada para a secagem de materiais termossensíveis é a secagem em leito de jorro com partículas inertes. Essa operação gera produtos de qualidade, com baixo teor de umidade. Entretanto, para a obtenção de boa eficiência de formação de pó, um grande número de variáveis operacionais deve ser estudado. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo realizar a secagem de polpa de açaí em leito de jorro, utilizando um planejamento de Plackett-Burman, avaliando o efeito das variáveis operacionais: temperatura do ar de secagem, vazão do ar de secagem, concentração de maltodextrina, vazão de atomização, pressão de atomização e intermitência sobre a eficiência de formação de pó e o teor de umidade final. Este estudo possibilitou uma varredura do processo, permitindo a observação do efeito que cada variável estudada tem sobre a formação de açaí em pó em leito de jorro. Sendo possível concluir que as variáveis operacionais que apresentam efeitos significativos sobre a produção de pó foram temperatura, vazão do ar de secagem e concentração de maltodextrina.

1 INTRODUÇÃO

A Euterpe oleracea Mart., conhecida como açaizeiro, é uma palmeira tipicamente tropical de ocorrência em toda a extensão do estuário amazônico, em especial no estado do Pará, onde há maior concentração de açaizais nativos (NASCIMENTO, 1993). Os seus frutos são utilizados para a produção do “vinho de açaí” ou simplesmente açaí, um produto com alto valor energético, potencial

nutritivo, rico em fibras, proteínas e lipídeos (ROGEZ, 2000).

O açaí é um produto considerado alimento básico por muitas famílias do norte do Brasil, e o seu consumo é cada vez maior no restante do país, e no mundo. O interesse por esse alimento vem crescendo devido a diferentes benefícios associados ao seu consumo, em especial na saúde humana, como alta capacidade antioxidante (SCHRECKINGER et al., 2010; HOGAN et al., 2010; MERTENS-TALCOTT et al., 2008;

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JENSEN et al., 2008; SCHAUSS et al., 2006; HASSIMOTTO, GENOVESE e LAJOLO, 2005; ROGEZ, 2000), atividade anti-inflamatória (JENSEN et al., 2008), antiproliferativa (HOGAN et al., 2010), capacidade de auxiliar na redução da proliferação de células leucêmicas (POZO-INSFRAN, PERCIVAL e TALCOTT, 2006), e ainda de ser indicado para o tratamento de doenças cardíacas (ROCHA et al., 2007) e de colesterol (SOUZA et al., 2010).

Contudo, o açaí é um alimento altamente perecível, não sendo possível sua conservação in natura, nem mesmo sob refrigeração, sendo observadas modificações na cor e no sabor, com apenas 12 horas (ROGEZ, 2000). Portanto, é necessário estudos para aumentar o seu tempo de vida útil. As formas de conservação do açaí mais usuais são a utilização de polpa congelada e a produção de açaí em pó.

Na indústria de alimentos a obtenção de produtos em pó a partir de pastas é realizada principalmente por spray drying e liofilização. Na literatura são encontrados diferentes estudos com açaí em pó obtidos por essas operações.

O açaí liofilizado é um produto de qualidade (MENEZES, TORRES, SRUR, 2008; KANG, et al., 2010; SCHAUSS et al., 2006) contudo este processo apresenta custos elevados. Quanto à obtenção de açaí em spray dryer o alto teor de lipídeos da polpa gera problemas no processo, sendo que Tonon (2009) indicou a filtração prévia da polpa para evitar os problemas de incrustação e entupimento durante o processo de secagem, e obteve resultados satisfatórios, indicando o uso do pó obtido para sucos e corante em alimentos (iogurtes, bolos, bebidas, sorvete). No entanto, a filtração da polpa de açaí ocasiona perdas que interferem no seu valor nutricional.

Uma técnica que vem sendo estudada para a secagem de pastas alimentícias é a

utilização do secador de leito de jorro com partículas inertes. Essa técnica vem sendo considerada uma boa alternativa ao secador spray, já que produz produtos de qualidade similar, a custos de investimentos significativamente inferiores, além de apresentar a vantagem de permitir a secagem de materiais termicamente sensíveis devido à temperatura média das partículas serem mais baixas do que a temperatura média do ar de secagem (FREIRE, FERREIRA e FREIRE, 2009; STRUMILLO e KUDRA, 1986).

A secagem de pastas utilizando partículas inertes foi desenvolvida na antiga União Soviética, sendo aplicada industrialmente para a secagem de produtos químicos e biológicos (ROCHA e TARANTO, 2008). Nesse processo, a pasta é inserida no leito de jorro de forma contínua ou intermitente, e recobre as partículas inertes (contidas no leito), de um modo praticamente uniforme, formando um filme. Após a aderência da pasta sobre a superfície dos inertes, o filme passa a ser seco, por condução, devido ao próprio contato com as partículas aquecidas, e por convecção, pela passagem ascendente do ar de secagem. À medida que o filme seca, o mesmo vai se tornando quebradiço e as colisões das partículas entre si e com a parede do equipamento promovem energia suficiente para fraturar o filme que se solta e é carregado pelo ar, sendo coletado normalmente por ciclones (FREIRE, FERREIRA e FREIRE, 2009; ROCHA e TARANTO, 2008).

A otimização do processo de secagem de pastas em leito de jorro para garantir um bom rendimento de produção de pó com baixo teor de umidade, não é uma tarefa fácil de se realizar em função do grande número de variáveis envolvidas, já que combinações inadequadas das condições operacionais conduzem a uma baixa eficiência da secagem e de produção de pó.

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Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo realizar a secagem de polpa de açaí em leito de jorro, utilizando um planejamento de Plackett-Burman, avaliando o efeito das variáveis operacionais: temperatura do ar de secagem, vazão do ar de secagem, concentração de maltodextrina, vazão de atomização, pressão de atomização e intermitência, sobre o teor de umidade final e eficiência de formação de pó, com o intuito de fazer uma varredura do processo, para observar o efeito que cada um dessas variáveis apresenta sobre a formação de açaí em pó.

2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Material

A matéria-prima utilizada nesse trabalho foi polpa de açaí do tipo especial (concentração de sólidos média = 16,32 %), obtida no comércio da cidade de Belém (Pará), cujos frutos foram coletados na Ilha das Onças (Pará). O açaí foi armazenado em freezer à aproximadamente -18 ºC, sendo descongelado de acordo com a quantidade necessária em cada experimento.

Maltodextrina MOR-REX 1910 foi usada como agente carreador, e como partículas inertes utilizou-se polietileno de alta densidade (PEAD) com diâmetro médio de 3,093 mm, densidade de 0,89 g/cm3, caracterizadas como sendo do grupo D de Geldart, o que indica sua aplicação para o leito de jorro.

2.2 Métodos

2.1.1 Planejamento do Experimento

Foram realizadas 12 corridas experimentais conforme o planejamento de Plackett-Burman (PLACKETT e BURMAN, 1946) cujas variáveis de entrada estudadas foram: temperatura do ar de secagem (T, X1), vazão do ar de secagem (W, X2), concentração de maltodextrina (C, X3), vazão

de atomização (V, X4) pressão de atomização (P, X5) e intermitência (I, X6); e as variáveis respostas foram: teor de umidade final (X_po) e eficiência de formação de pó (η_po).

As corridas experimentais foram realizadas de forma aleatória, visando minimizar os erros experimentais. Os valores das variáveis operacionais durante os experimentos de secagem podem ser observados na Tabela 1.

Tabela 1 - Variáveis operacionais e níveis.

Fatores Unida des Notaçã o Níveis

-1 +1 T ºC X1 55 75 W kg/ min X2 1,2* 1,3* C % X3 15 25 V mL/ min X4 10 12 P psig X5 5 10 I - X6 Si Ci

*vazão acima do jorro mínimo

Si: sem intermitência; Ci: com intermitência.

O estudo do efeito dessas variáveis sobre as respostas foi realizado com auxilio do software Statistica® 8.0, considerando o nível de significância α=0,05 (confiança 95%), utilizando o planejamento de Plackett-Burman.

2.1.2 Secagem de Açaí em Leito de Jorro Preparo da Pasta: Inicialmente a polpa de açaí foi descongelada em temperatura ambiente, sendo homogeneizada com o auxílio de um agitador magnético e diluída com água destilada na proporção de 2:1 (açaí:água). Em seguida, adicionou-se a maltodextrina na quantidade necessária em cada experimento (Tabela 1).

Essa pasta foi então, submetida a um moinho coloidal por aproximadamente 5 minutos, com o intuito de diminuir os sólidos

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em suspensão e evitar o entupimento do bico atomizador durante o processo.

Descrição do Sistema experimental: Na Figura 1 é apresentado o esquema do sistema experimental utilizado neste trabalho.

Figura 1 - Esquema simplificado do sistema experimental

1- Soprador; 2- Resfriador; 3- Válvula; 4- Placa de orifício; 5- Leito de sílica gel; 6- Aquecedor; 7, 8- Termohigromêtros; 9- Tomadas de pressão; 10- Leito de jorro; 11- Alimentação da pasta (atomização); 12- Linha de ar comprimido; 13- Manômetro; 14-Válvula; 15- Bomba peristáltica; 16- Recipiente da pasta; 17- Agitador magnético; 18- Ciclone

O secador de leito de jorro [10] utilizado foi construído em acrílico com geometria cônica-cilindrica, e sua base cônica tem um ângulo incluso de 45º, altura de 8 cm e diâmetro de entrada de 5 cm. A coluna cilíndrica do leito tem 20 cm de diâmetro e 30 cm de altura. Conectados ao leito de jorro, há pontos de tomada de alta [9a] e baixa pressão [9b], que estão conectados a um transdutorde pressão diferencial Cole Parmer® modelo 68014-18 com faixa de leitura de 0 a 6229 Pa, e tempo de resposta de 250 ms.

No processo de secagem, o ar é fornecido por um soprador [1], da marca Ibram® de 7,5 cv de potência e o controle da vazão de ar é realizado através de um inversor de frequência, da marca WEG modelo

CFW-08. O ar passa através de uma tubulação de aço galvanizado (60,5 mm de diâmetro externo, e 53,2 mm de diâmetro interno), atravessando por um resfriador à água [2], um leito de sílica gel [5], e um aquecedor elétrico [6], constituído de três resistências, em paralelo, que correspondem a 1220 W. O controle da temperatura do ar de secagem é realizado com auxílio de um controlador da marca NOVUS modelo N1200.

A inserção de pasta no leito é feita por atomização [11], sendo que a mesma é mantida em agitação com auxílio de um agitador magnético [17]. A alimentação é realizada através de uma bomba peristáltica, marca Cole Parmer® tipo Masterflex® modelo 7518-10 e o pó formado é coletado por um ciclone, construído em aço inoxidável, localizado na parte superior do leito de jorro.

Descrição do Processo de Secagem: No procedimento da secagem, primeiramente, foram colocadas no leito aproximadamente 800 g de partículas de PEAD. Em seguida ligou-se o sistema de aquisição de dados, acionou-se o soprador, ajustando a vazão de ar desejada, para então ligar o controlador de temperatura ajustando a temperatura desejada no experimento.

A atomização da pasta somente foi iniciada após 10 minutos de processo. A massa de pasta atomizada nos experimentos foi aproximadamente 200 g, sendo que nos experimentos com intermitência, foram realizadas 4 alimentações de 50 g, efetuando-se um intervalo de 10 minutos entre cada alimentação.

O pó gerado foi coletado em sacos de plástico acoplados ao ciclone. O teor de umidade final da pasta (X_pasta) e do pó (X_po) foi determinado pelo método direto, em estufa a 105 ºC, por 24 horas. A eficiência de obtenção de pó (η ) foi obtida utilizando a _po Equação 1, onde consta a razão entre a massa de pó recolhida no ciclone, em base seca (

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

po



po1 X

m  ) e a massa de sólido alimentada no leito (m_pasta



1X_pasta



).







pasta



pasta po po po X 1 m 100 X 1 m η       (1) 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Análise Estatística dos Efeitos

A matriz de experimentos de Plackett-Burman com as variáveis de entrada originais e as respostas é apresentada na Tabela 2.

Tabela 2 – Matriz de experimentos de Plackett-Burman para a secagem de açaí em leito de jorro. CE X1 X2 X3 X4 X5 X6 ηpo(%) Xpo(%) 1 75 20 25 10 5 Si 34,85 3,38 2 75 30 15 12 5 Si 42,59 4,31 3 55 30 25 10 10 Si 46,23 5,62 4 75 20 25 12 5 Ci 43,27 3,45 5 75 30 15 12 10 Si 36,87 5,11 6 75 30 25 10 10 Ci 57,24 3,90 7 55 30 25 12 5 Ci 55,92 5,66 8 55 20 25 12 10 Si 37,54 6,05 9 55 20 15 12 10 Ci 24,91 6,64 10 75 20 15 10 10 Ci 39,37 4,41 11 55 30 15 10 5 Ci 26,56 5,54 12 55 20 15 10 5 Si 13,09 5,54 CE = corridas experimentais

Observa-se que, dentro do domínio experimental escolhido, a eficiência de formação de pó (η_po) variou de 13,09 a 57,24% e o teor de umidade final do pó (X_po

), variou de 3,38 a 6,64 %b.u.

Verifica-se que as modificações nas variáveis operacionais estudadas causaram variações significativas nos valores obtidos de eficiência e umidade, sendo válido ressaltar

que os valores de umidade foram todos abaixo de 7%, portanto, aceitáveis.

Nas Tabelas 3 e 4, são apresentados os efeitos que as variáveis apresentaram sobre as respostas X_po e η_po, respectivamente.

Tabela 3 - Estimativa dos efeitos para a variável de resposta X_po.

Fatores Efeit os Erro t (5) p

X1 -1,75 0,09 -19,81 0,000 X2 0,11 0,09 1,26 0,261 X3 -0,58 0,09 -6,60 0,001 X4 0,47 0,09 5,35 0,003 X5 0,64 0,09 7,27 0,001 X6 -0,07 0,09 -0,77 0,474 média 4,97 0,04 112,60 0,000

t(5) = t de student utilizando 5 graus de liberdade; p = p-valor.

Tabela 4 - Estimativa dos efeitos para a variável de resposta η_po.

Fatores Efeit os Erro t (5) p

X1 8,32 3,53 2,35 0,06 X2 12,06 3,53 3,41 0,02 X3 15,27 3,53 4,32 0,01 X4 3,96 3,53 1,12 0,31 X5 4,31 3,53 1,22 0,28 X6 6,02 3,53 1,70 0,15 média 38,20 1,76 21,62 0,00

t(5) = t de student utilizando 5 graus de liberdade; p = p-valor.

Na Tabela 3 verifica-se que as variáveis que influenciam no teor de umidade final do açaí em pó foram: temperatura (X1), concentração de maltodextrina (X3), vazão de atomização (X4) e pressão de atomização (X5), já que o seus efeitos comparados com os erros são maiores, em módulo, e os valores do p-valor são menores que 0,05 (p < 0,05).

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Na Tabela 4, verifica-se que as variáveis que apresentaram efeito significativo sobre a eficiência foram vazão de ar de secagem (X2) e concentração de maltodextrina (X3), já que o seus efeitos comparados com os erros são maiores, em módulo, e os valores do p-valor são menores que 0,5 (p < 0,05).

Contudo, observa-se na Tabela 4 que o p-valor da temperatura (X1) foi de 0,06 um valor próximo a 0,05 que é o valor máximo aceitável. Então, para confirmar a significância estatística dessa variável fez-se uma análise do gráfico normal, como mostra a Figura 2.

Figura 2 - Gráfico normal para a resposta η_po

Verifica-se que os pontos X1, X4, X5, X6 estão próximos à reta sobre a origem, ou seja, dentro do intervalo de -3 a 3, correspondente a 99,9% dos resultados de acordo com a distribuição normal e, provavelmente são oriundos de uma distribuição normal com média zero e não têm significado físico, portanto não são significativos. Logo, apenas as variáveis X2 e X3 são significativas para a resposta ηpo, visto que estão fora deste intervalo (-3 a 3).

A influência das variáveis operacionais sobre as respostas estudadas é melhor observada nos gráficos de pareto que constam nas Figuras 3 e 4.

Figura 3 - Gráfico de pareto para a resposta Xpo

Figura 4 - Gráfico de pareto para a resposta η_po

Analisando os gráficos verifica-se claramente que a temperatura do ar de secagem (X1) é a variável operacional que mais influencia no teor de umidade final do açaí em pó, enquanto que as variáveis X3 (concentração de maltodextrina) e X2 (vazão do ar de secagem) são as que mais influenciam na produção do pó, sendo válido ressaltar que a concentração de maltodextrina é a que tem maior influência sobre a eficiência desse processo.

X4 X5 X6 X1 X2 X3 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Efeitos padronizados (t-values)

-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 V a lo r n o rm a l e s p e ra d o ,01 ,05 ,15 ,35 ,55 ,75 ,95 ,99 X4 X5 X6 X1 X2 X3 -0,7745 1,2656 5,3457 -6,5924 7,2724 -19,8150 p=,05 Efeitos padronizados X6 X2 X4 X3 X5 X1 -0,7745 1,2656 5,3457 -6,5924 1,1205 1,2207 1,7028 2,3548 3,4133 4,3219 p=,05 Efeitos padronizados X4 X5 X6 X1 X2 X3 1,1205 1,2207 1,7028 2,3548 3,4133

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3.2 Análise individual das variáveis Operacionais

3.2.1 Temperatura do Ar de Secagem

A temperatura é um parâmetro importante a ser avaliado na produção de açaí em pó, uma vez que apresenta significância expressiva sobre o teor de umidade final do pó, um resultado já esperado, pois a temperatura do ar é um parâmetro relevante no processo de secagem.

Quanto à eficiência de formação de açaí em pó, a temperatura do ar não apresentou significância estatística dentro do domínio experimental estudado, sendo possível obter bons rendimentos de açaí em pó utilizando 55ºC, o que provavelmente favorece a qualidade do produto, já que a utilização de baixas temperaturas de secagem influencia positivamente na qualidade do produto final.

Verifica-se ainda, com 95% de confiança, que o aumento de temperatura de 55 para 75 ºC diminui o teor de umidade final do pó em 1,75 % (b.u.), e aumenta a eficiência de formação de pó em 8,32 %.

Estudos anteriores avaliaram a influência da temperatura do ar na secagem de frutas em leito de jorro. Souza (2009) secou polpas de frutas modificadas com a adição de lipídeos, pectina e amido, e obteve os melhores rendimentos utilizando as maiores temperaturas estudadas (80ºC), enquanto que Braga e Rocha (2013) realizaram a secagem de um mix de amora e leite e obtiveram os melhores rendimentos usando baixas temperaturas (60ºC). Isso ocorre, porque as características das frutas apresentam grande influencia nos resultados obtidos, como foi observado por Medeiros (2000), então, é importante o conhecimento detalhado da composição química da polpa de fruta antes da definição da temperatura do ar de secagem utilizada no processo.

3.2.2 Vazão do Ar de Secagem

A variável vazão do ar de secagem apresentou efeitos significativos sobre a eficiência de formação de açaí em pó, sendo verificado, com 95% de confiança, que o aumento da vazão de 1,2 para 1,3 (vazão de 20 e 30% acima do jorro mínimo, respectivamente), ocasiona um efeito positivo de 12,065% sobre o rendimento. Em relação ao teor de umidade final do pó essa variável não apresentou efeito significativo.

O uso da vazão no nível máximo estudado (30 % acima do jorro mínimo) é aconselhável já que o processo se mantém mais estável, além de ocorrer uma diminuição na quantidade de material retido no leito.

3.2.3 Concentração de Maltodextrina

A maltodextrina influenciou significativamente tanto na eficiência quanto na umidade do açaí em pó obtido. Sendo possível verificar, com 95% de confiança, que o aumento de concentração de 15 para 25%, ocasionou uma diminuição no teor de umidade final do pó de 0,58% (b.u.), e um aumento na eficiência de formação de pó de 15,27%.

3.2.4 Vazão de Atomização

A vazão de alimentação gerou efeitos significativos na umidade do açaí em pó, verificando-se, com 95% de confiança, que ao passar de 10 para 12 mL/min, o teor de umidade final do pó obtido aumenta 0,47% (b.u.).

Em relação à eficiência não houve influencia significativa, dentro do domínio experimental estudado.

Souza (2009) ao secar polpas de frutas modificadas observou que a produção do pó é favorecida utilizando baixas vazões de alimentação, o mesmo foi observado por Braga e Rocha (2013) ao secarem um mix de amora e leite.

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3.2.5 Pressão de Atomização

Esse parâmetro não apresentou efeitos significativos na eficiência de formação de pó, contudo, foi uma das variáveis com maior efeito sobre a umidade. Sendo que ao passar de 5 para 10 psig observa-se, com 95% de confiança, que o teor de umidade final do pó obtido aumenta 0,64% (b.u.).

3.2.6 Intermitência

O uso da intermitência não foi relevante dentro do domínio experimental estudado, sendo que não houve efeitos significativos na eficiência de formação de pó, e nem no teor de umidade final.

CONCLUSÃO

A partir dos estudos realizados nesse trabalho foi possível concluir que as variáveis operacionais que mais influenciam na produção de açaí em pó foram: temperatura do ar de secagem, vazão do ar de secagem e concentração de maltodextrina. Verificou-se ainda que a secagem de açaí em leito de jorro utilizando partículas inertes mostrou-se viável do ponto de vista operacional, uma vez que foi possível produzir um pó com baixo teor de umidade e com uma eficiência de produção favorável a baixas temperaturas de ar de secagem.

NOMENCLATURA

mpo Massa de pó (g)

mpasta Massa de pasta (g) po

η Eficiência de obtenção de pó (%)

Xpó Teor de umidade do pó (% b.u.)

Xpasta Teor de umidade da pasta(% b.u.)

X1, X2, X3,

X4, X5

Variáveis de entrada codificadas

p Nível de significância

t t de studente

T Temperatura do ar de secagem (ºC)

W Vazão do ar de secagem (Kg/min)

C Concentração de maltodextrina (%)

V Vazão de atomização (mL/min)

P Pressão de atomização (psig)

I Intermitência

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