Aproveitamento como purê em pó de subprodutos da indústria de vegetais minimamente processados

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

LUIZ GABRIEL PEREIRA MARTIN

APROVEITAMENTO COMO PURÊ EM PÓ DE SUBPRODUTOS DA

INDÚSTRIA DE VEGETAIS MINIMAMENTE PROCESSADOS

Campinas 2017

LUIZ GABRIEL PEREIRA MARTIN

APROVEITAMENTO COMO PURÊ EM PÓ DE SUBPRODUTOS DA

INDÚSTRIA DE VEGETAIS MINIMAMENTE PROCESSADOS

Tese apresentada à banca examinadora do exame de defesa de doutorado, da Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para a obtenção do Título de Doutor em Engenharia Agrícola, na área de concentração de Tecnologia Pós-Colheita.

Orientador: Prof. Dr. Rafael Augustus de Oliveira

Coorientadora: Profa. Dra. Encarnacion Pilar Aguayo Gimenez

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDEÀ VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO LUIZ GABRIEL PEREIRA MARTIN, E ORIENTADA PELO PROF. DR. RAFAEL AUGUSTUS DE OLIVEIRA.

Campinas 2017

Ficha catalográfica

Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura

Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129

Martin, Luiz Gabriel Pereira,

M363a MarAproveitamento como purê em pó de subprodutos da indústria de vegetais minimamente processados / Luiz Gabriel Pereira Martin. – Campinas, SP : [s.n.], 2017.

MarOrientador: Rafael Augustus de Oliveira.

MarCoorientador: Encarnacion Pilar Aguayo Gimenez.

MarTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola.

Mar1. Compostos bioativos. 2. Secagem. 3. Cascas (Engenharia). 4. Minimamente processados. 5. Carotenóides. I. Oliveira, Rafael Augustus de,1979-. II. Aguayo Gimenez, Encarnacion Pilar. III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. IV. Título.

Informações para Biblioteca Digital

Título em outro idioma: Reuse of by-products from fresh-cut industry as purée in powder Palavras-chave em inglês: Bioactive compounds Drying Shells (Engineering) Minimally processed Carotenoids

Área de concentração: Tecnologia Pós-Colheita Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola Banca examinadora:

Rafael Augustus de Oliveira Antonio Marsaioli Junior João Domingos Biagi Flávio Luís Schmidt Audirene Amorim Santana Data de defesa: 22-02-2017

Programa de Pós-Graduação: Engenharia Agrícola

Pereira Martin, aprovada pela Comissão Julgadora em 22 de fevereiro de 2017, na Faculdade

de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas.

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Prof. Dr. Rafael Augustus de Oliveira – Presidente e Orientador

FEAGRI/UNICAMP

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Prof.ª Dr.ª Audirene Amorim Santana – Membro Titular

UFMA/São Luís-MA

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Dr. Antonio Marsaioli Jr. – Membro Titular

ITAL/Campinas

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Prof. Dr. Flávio Luís Schmidt – Membro Titular

FEA/UNICAMP

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Prof. Dr. João Domingos Biagi – Membro Titular

FEAGRI/UNICAMP

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de

vida acadêmica do discente.

Aos meus pais Mauro e Nair e minha noiva Juliana Cubatelli,

O desenvolvimento deste trabalho foi possível devido ao apoio de pessoas que

contribuíram direta ou indiretamente, na minha vida profissional e pessoal.

Com carinho, agradeço a todos.

Ao professor Rafael Augustus de Oliveira pela oportunidade, confiança,

incentivo, amizade e humanidade que me ensinaram tanto.

A todos os membros da banca examinadora pelas valiosas contribuições.

À Faculdade de Engenharia Agrícola pela oportunidade de realização do projeto,

À CAPES pela bolsa concedida e à FAPESP pelo auxílio financeiro.

Às técnicas e funcionárias do Laboratório de Tecnologia Pós-colheita / Secagem

pelo intenso e contínuo auxílio no desenvolvimento de atividades internas e

externas ao laboratório. À Maria Rosália Favoretto pelas conversas, incentivo e

bons momentos. À Rosa Helena pelo companheirismo e alegria.

À Gislaine, Viviane, Mara, Raquel, Cyntia, Luna, Carolina, Vânia, Audirene,

pela amizade e companheirismo diários nas pesquisas e momentos de

descontração e lazer. Fizeram a diferença nesse período.

Ao meu pai por me impulsionar com ânimo e gozo. E a minha mãe pelo apoio,

força e total esteio. Aos meus irmãos e cunhadas pelos momentos e apoio.

À minha linda noiva Juliana Cubatelli, pelo amor, trabalho nos fins-de-semana,

compreensão, incentivo permanente e graça que trouxe à minha vida.

À Deus que fez possível que tudo acontecesse

A indústria de vegetais minimamente processados é a área que mais cresce no setor agroindustrial. Trata-se de cortes frescos vegetais apresentados descascados, fatiados, sanificados e, na maior parte das vezes, totalmente comestíveis. A indústria de minimamente processados gera grandes quantidades de resíduos (cascas, sementes, aparas, talos e peles). Esse descarte, realizado de forma inapropriada e indevida, tem provocado problemas ambientais nos aterros sanitários. Neste contexto, objetiva-se aproveitar os subprodutos da indústria de processamento mínimo. Inicialmente, foi formulado um purê misto de vegetais, com propriedades funcionais, a base de subprodutos, com 55% de abóbora cabotiá, 5% de cenoura e 40% de mandioquinha-salsa. No preparo, utilizou-se a diluição de 7,5:1 (amostra:água, m:m) com cozimento/tratamento térmico à 80°C por 30 minutos. Para obter prolongamento da vida de prateleira, estabilização microbiológica e conservação do produto final, foi utilizada a tecnologia de secagem por drum dryer. Por meio de um planejamento experimental DCCR (Delineamento Composto Central Rotacional) 22 completo, com 4 pontos fatoriais, 4 pontos axiais e 3 pontos centrais, totalizando 11 ensaios para o purê funcional, foram avaliadas as variáveis independentes: temperatura de secagem (variando de 120 à 150°C) e tempo de secagem (variando entre 19,1 à 45,8 segundos). Isto foi possível com a fixação dos demais parâmetros operacionais. Os parâmetros fixos foram: teor de água inicial do purê em 77,53% (b.u.), teor de água esperado no purê em pó de 5% (b.u.), espessura entre os cilindros de 0,4 mm, vazão mássica de alimentação de aproximadamente 60 g/min, 10% de amido de milho, 2% de monoestearato de sorbitana na composição do produto inicial. Visou-se a adequação das condições operacionais ótimas sobre as respostas: teor de água, solubilidade, molhabilidade, atividade de água e higroscopicidade, em conjunto com a mínima alteração físico-química no produto em pó, quanto às diferentes respostas: teor de ácido ascórbico, polifenóis totais, capacidade antioxidante (ABTS, DPPH e FRAP), carotenoides totais, cor, acidez total titulável e pH. Com a avaliação das respostas do planejamento experimental, por meio da metodologia de superfície de resposta, foram obtidas as condições otimizadas do processo (150°C de temperatura de secagem e tempo de secagem de 19,1 segundos). O pó obtido nestas condições foi avaliado juntamente com o purê liofilizado quanto à densidade aparente e real, porosidade, distribuição do tamanho das partículas, microscopia eletrônica de varredura, isotermas de sorção e temperatura de transição vítrea e todas as demais análises que foram respostas do planejamento experimental. O pó nas condições selecionadas teve valor superior ao pó liofilizado quanto ao teor de ácido

variação de cor, e sem diferença estatística para as respostas: teor de água, molhabilidade, acidez total titulável, pH e polifenois extraíveis totais. O pó liofilizado obteve valores inferiores quanto à atividade de água, e valores superiores nas respostas solubilidade e carotenoides totais.

Palavra Chave: Subproduto, aproveitamento, compostos bioativos, secagem, estabilidade de pó.

The minimal processing product industry is the fastest growing area in agribusiness. This area deals with fresh cut vegetables that are delivered peeled, sliced, sanitized and, mostly, totally edible. The minimal processing industry generates large amount of leavings (peels, seeds, cuttings, stems, skins, etc.). Their disposal, made in an uncontrolled and inappropriate ways, has been a big nuisance causing drastic environmental problems in sanitary landfills. In this context, the objective of this research work is to reuse byproducts of the minimal processing industry. Initially, a mixed vegetable puree was formulated with functional properties, based on by-products. The functional purée consisted of 55% of kabocha pumpkin, 5% of carrot and 40% of arracacha roots. A dilution of 7.5:1 (sample:water, m:m) was used with cooking / heat treatment at 80°C for 30 minutes. In order to extend shelf life and reach microbiological stabilization and preservation of final product, the drum drying technology was used. The independent variables drying temperature (ranging from 120 to 150°C) and drying time (ranging between 19.1 and 45.8s) were evaluated by a complete CCRD (Central Composite Rotational Design), with 4 factorial points, 4 axial points and 3 central points, totaling 11 experimental runs for the functional purée. The other operating parameters were fixed: initial moisture content of purée in 77,53% (w.b.), moisture content value for purée powder of 5% (w.b.), thickness between the rolls of 0.4mm, feed flow of about 60g / min, 10% of corn starch, 2% of sorbitan monostearate on the initial product composition. The adequacy of the optimal operating conditions on the responses: moisture content, solubility, wettability, water activity and hygroscopicity, was obtained together with the minimum physical-chemical change in powder product, by the different responses: ascorbic acid content, total polyphenols, antioxidant capacity (ABTS, DPPH and FRAP), carotenoids content, color parameters, titratable total acidity and pH. With the evaluation of the responses of the experimental design, the optimized conditions of process (150°C of drying temperature and 19.1 s of drying time) were obtained by response surface methodology. The powder obtained under these conditions was evaluated along with lyophilized purée for apparent and real density, porosity, particle size distribution, scanning electron microscopy, sorption isotherms and glass transition temperature and in all other analysis that were used as responses on experimental design. The attributes of powder in the selected conditions was higher than the lyophilized ones for ascorbic acid content, antioxidant capacity (FRAP and ABTS) and lower for hygroscopicity and color variation. There were no statistical differences for moisture content, wettability, titratable total acidity, pH and total extractable polyphenols. The lyophilized powder obtained better responses for water activity, solubility and carotenoids. Keywords: Byproducts, reuse, bioactive compounds, drying, stability

Figura 1: Os subprodutos estudados foram provenientes da abóbora cabotiá, cenoura e

mandioquinha-salsa. ... 28

Figura 2: Representação esquemática da secagem em drum dryer da presente pesquisa. ... 31

Figura 3: Resíduos, cascas, talos de cortes frescos: 1-abóbora cabotiá, 2-cenoura e 3-mandioquinha-salsa. ... 35

Figura 4: Diagrama de fluxo das etapas de captação da matéria-prima. ... 36

Figura 5: Diagrama de fluxo das etapas de preservação da qualidade da matéria-prima na empresa parceira. ... 39

Figura 6: Diagrama de fluxo das etapas de tratamento e aproveitamento dos subprodutos .... 40

Figura 7: Gerador de água superaquecida. ... 41

Figura 8: Multiprocessador tipo “Stephan”. ... 42

Figura 9: Equipamento drum dryer (secador a cilindros rotativos). ... 43

Figura 10: Equipamento freeze dryer (liofilizador). ... 44

Figura 11: Filmes dos ensaios dos purês funcionais por secador duplo cilindro rotativo. ... 55

Figura 12: Desfibramento de purês de abóbora cabotiá. ... 60

Figura 13: Tratamento térmico e geração de purê para a abóbora cabotiá... 60

Figura 14: Desfibramento de purês de cenoura. ... 61

Figura 15: Tratamento térmico e geração de purê para a cenoura. ... 61

Figura 16: Desfibramento de purês de mandioquinha-salsa. ... 62

Figura 17: Tratamento térmico e geração de purê para a mandioquinha-salsa. ... 62

Figura 18: Purês de abóbora cabotiá, cenoura e mandioquinha-salsa. ... 62

Figura 19: Secagem em duplo cilindro rotativo, purê de cenoura em estado gomoso. ... 65

Figura 20: Secagem em duplo cilindro rotativo, purê de abóbora cabotiá com formação de filme. ... 66

Figura 21: Dosagem, processamento e tratamento térmico do purê final. ... 67

Figura 22: Amostras do purê após tratamento térmico e cocção. ... 68

Figura 23: Superfície de resposta e curvas de contorno para teor de água do purê em pó. .... 76

Figura 24: Superfície de resposta e curvas de contorno para a higroscopicidade do purê em pó. ... 77

Figura 25: Superfície de resposta e curva de contorno para atividade de água do purê em pó. ... 78

Figura 28: Pós dos 11 ensaios dos purês funcionais secos em secador de duplo cilindro rotativo. ... 85 Figura 29: Superfície de resposta e curvas de contorno para a acidez total titulável do purê em pó. ... 91 Figura 30: Superfície de resposta e curvas de contorno para pH do purê em pó. ... 91 Figura 31: Superfície de resposta e curva de contorno para a resposta ácido ascórbico do purê em pó. ... 95 Figura 32: Superfície de resposta e curvas de contorno para teor de carotenoides do purê em pó. ... 95 Figura 33: Superfície de resposta e curva de contorno para a resposta polifenóis extraíveis totais do purê em pó. ... 100 Figura 34: Superfície de resposta e curvas de contorno para a resposta FRAP do purê em pó. ... 101 Figura 35: Distribuição do tamanho de partículas das partículas do purê funcional por duplo cilindro rotativo nas condições selecionadas e por liofilização. ... 107 Figura 36: Micrografias das partículas resultantes da secagem por duplo cilindro rotativo do pó selecionado do purê funcional e o do purê funcional liofilizado (Aumento de 1500 x). .. 108 Figura 37: Termograma obtido para a amostra do purê funcional por duplo cilindro rotativo. ... 109 Figura 38: Termograma obtido para a amostra do purê funcional por liofilização. ... 110 Figura 39: Isotermas de sorção do purê funcional em pó pelo secador duplo cilindro rotativo. ... 111 Figura 40: Isotermas de sorção do purê funcional em pó por secador de duplo cilindro rotativo. ... 111

Tabela 1: Composição nutricional e físico-química da abóbora crua. ... 28

Tabela 2: Valores médios da composição da cenoura in natura e minimamente processada. 29 Tabela 3: Rendimento de processo dos produtos da empresa parceira. ... 37

Tabela 4: Planejamento experimental para o purê funcional variando os parâmetros temperatura de secagem (T), rotação dos cilindros (R) ou tempo de residência (segundos) de cada ensaio. ... 54

Tabela 5: Análise de composição centesimal das amostras de subprodutos da indústria de produtos minimamente processados. ... 56

Tabela 6: População microbiana em subprodutos da indústria de minimamente processados satinizados com hipoclorito de sódio. ... 58

Tabela 7: Condições operacionais adotadas para secagem em secador duplo cilindro rotativo. ... 68

Tabela 8: Análises físico-químicas das amostras de subprodutos da indústria de minimamente processados. ... 69

Tabela 9: Resultados experimentais de teor de água, higroscopicidade e atividade de água para os purês em pó. ... 73

Tabela 10: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para teor de água (%). ... 73

Tabela 11: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para a higroscopicidade (%). ... 74

Tabela 12: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para a atividade de água (%). ... 74

Tabela 13: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta teor de água... 75

Tabela 14: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta higroscopicidade. ... 75

Tabela 15: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta atividade de água. ... 75

Tabela 16: Resultados experimentais de molhabilidade e solubilidade para os purês em pó. 79 Tabela 17: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para a molhabilidade (min). ... 80

Tabela 18: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para a solubilidade (%). ... 80

Tabela 19: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta molhabilidade. ... 81

Tabela 22: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para

ângulo Hue (h°). ... 86

Tabela 23: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para croma (C*). ... 86

Tabela 24: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para Variação (∆E). ... 86

Tabela 25: Análise de variância do modelo ajustado para ângulo Hue (h°). ... 87

Tabela 26: Análise de variância do modelo ajustado para croma (C*). ... 87

Tabela 27: Análise de variância do modelo ajustado para variação (∆E). ... 87

Tabela 28: Resultados experimentais de acidez total titulável e pH para os purês em pó. ... 88

Tabela 29: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para a acidez total titulável (%). ... 88

Tabela 30: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para a pH (decimal). ... 89

Tabela 31: Análise de variância do modelo ajustado para acidez total titulável. ... 89

Tabela 32: Análise de variância do modelo ajustado para pH. ... 90

Tabela 33: Resultados experimentais de ácido ascórbico e carotenoides para os purês em pó. ... 92

Tabela 34: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para o ácido ascórbico (mg/ 100g de sólidos). ... 92

Tabela 35: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para os carotenoides (mg/100g de sólidos). ... 93

Tabela 36: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta ácido ascórbico. ... 93

Tabela 37: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta carotenoides. ... 94

Tabela 38: Resultados experimentais de polifenóis totais extraíveis e capacidade antioxidante (DPPH, FRAP e ABTS) para os purês em pó. ... 96

Tabela 39: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para os polifenóis extraíveis totais (mg/100g de sólidos)... 97

Tabela 40: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para o DPPH (EC50 g/ g DPPH). ... 97

Tabela 41: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para o FRAP (mM sulfato ferroso/g de sólidos). ... 98

Tabela 42: Efeito estimado, erro puro, coeficiente t e grau de significância estatística, para o ABTS (mM Trolox/ g de sólidos). ... 98

totais. ... 99 Tabela 44: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta FRAP. ... 99 Tabela 45: Análise de variância do modelo ajustado para a resposta ABTS. ... 99 Tabela 46: Valores experimentais e preditos para o purê funcional em pó produzido nas condições ótimas (T = 150°C e R = 1,0 rpm) e secos por liofilização. ... 102 Tabela 47: Densidade aparente, densidade absoluta e porosidade dos pós do purê funcional nas condições selecionadas e secos por liofilização. ... 104 Tabela 48: Diâmetro médio D[4,3] e os outros diâmetros volumétricos com D (0,10, 0,50 e 0,90) das partículas do purê funcional por duplo cilindro rotativo nas condições selecionadas e liofilização. ... 106 Tabela 49: Temperatura de transição vítrea, teor de água e atividade de água das partículas do purê funcional por duplo cilindro rotativo nas condições selecionadas e liofilização. ... 109 Tabela 50: Valores experimentais de umidade de equilíbrio a 25 ºC, para a amostra do purê funcional produzidos pelo secador duplo cilindro rotativo e liofilizador. ... 111 Tabela 51: Parâmetros de ajustes das isotermas dos pós do purê funcional seco por secador de duplo cilindro rotativo. ... 112 Tabela 52: Parâmetros de ajustes das isotermas dos pós do purê funcional seco por liofilizador. ... 113

1. INTRODUÇÃO ... 18 1.1 OBJETIVOS ... 20 Geral ... 20 1.1.1 Específicos ... 20 1.1.2 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 22

2.1 Processamento mínimo de vegetais ... 22

2.2 Panorama geral e geração de resíduos ... 23

2.3 Reaproveitamento de subprodutos vegetais ... 26

2.4 Qualidade da matéria-prima ... 27 Abóbora cabotiá ... 28 2.4.1 Cenoura... 28 2.4.2 Mandioquinha-salsa ... 29 2.4.3 2.5 Secagem ... 30

2.6 Secagem em drum dryer ... 30

Propriedades físico-químicas dos produtos em pó ... 33

2.6.1 3. Material e Métodos ... 35

3.1 Etapas de desenvolvimento da pesquisa ... 36

3.2 Gerador de água superaquecida ... 41

3.3 Multiprocessador ... 42

3.4 Secagem a tambor - Drum drying ... 43

3.5 Liofilização - Freeze Drying ... 43

3.6 Composição centesimal ... 44 Teor de água ... 44 3.6.1 Teor de lipídios ... 44 3.6.2 Teor de proteínas ... 45 3.6.3 Cinzas ... 45 3.6.4

3.7 Avaliação físico-química ... 45 Potencial hidrogeniônico (pH) ... 46 3.7.1

Acidez Total Titulável (ATT) ... 46 3.7.2

Cor ... 46 3.7.3

3.8 Avaliação química ... 47 Polifenois Extraíveis Totais ... 47 3.8.1 Capacidade antioxidante ... 47 3.8.2 Carotenoides totais ... 49 3.8.3 Vitamina C ... 49 3.8.4 3.9 Avaliação Microbiológica ... 49 Coliformes totais e termotolerantes a 45ºC ... 49 3.9.1

Contagem Total de Aeróbios Mesófilos e Psicrotróficos ... 50 3.9.2 Bolores e Leveduras ... 50 3.9.3 Salmonella spp. ... 50 3.9.4 3.10 Propriedades físico-químicas do pó ... 50 Teor de água ... 50 3.10.1 Higroscopicidade ... 51 3.10.2 Solubilidade ... 51 3.10.3 Molhabilidade ... 51 3.10.4 Atividade de água ... 51 3.10.5

Avaliação do ponto ótimo ... 52 Microscopia Eletrônica de Varredura ... 52 3.10.6

Temperatura de transição vítrea (Tg) ... 52 3.10.7

Isotermas de sorção ... 53 3.10.8

3.11 Delineamento experimental e análise estatística ... 53 3.12 Planejamento Experimental ... 54 4. Resultados e Discussão ... 56

Análise de composição centesimal ... 56 4.1.1

Análises de viabilidade microbiológica ... 57 4.1.2

4.2 Testes no equipamento multiprocessador ... 59 4.3 Resultados dos testes de secagem ... 63 Resultados da caracterização físico-química e química ... 69 4.3.1

Teor de água, higroscopicidade e atividade de água dos purês em pó ... 72 4.3.2

Molhabilidade e solubilidade dos purês em pó ... 79 4.3.3

Cor dos purês em pó ... 84 4.3.4

Acidez e pH dos purês em pó ... 87 4.3.5

Ácido ascórbico e carotenoides dos purês em pó ... 92 4.3.6

Polifenóis totais extraíveis e capacidade antioxidante (DPPH, FRAP e ABTS) 4.3.7

dos purês em pó ... 96 4.4 Otimização do processo, validação e comparação com amostra liofilizada ... 101 Densidade aparente, Densidade absoluta e Porosidade ... 103 4.4.1

Distribuição do tamanho de partícula... 106 4.4.2

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ... 107 4.4.3

Temperatura de Transição Vítrea – Tg... 109 4.4.4

Isoterma de sorção... 110 4.4.5

5. CONCLUSÕES ... 115 6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 117 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 118

1.

Os produtos minimamente processados (fresh-cut) são produzidos a partir de frutas, hortaliças, raízes e tubérculos in natura (ou seja, partes vegetais vivos), portanto, caracteriza-se por caracteriza-ser um alimento nutritivo, fresco, pronto para o consumo, caracteriza-seguro, caracteriza-sendo aprecaracteriza-sentado descascado, fatiado, sanificado e é, na maioria das vezes, totalmente comestível (HANASHIRO, 2003).

Os cortes frescos ocuparam, na segunda metade do século XX, cada vez mais espaço nas gôndolas e refrigeradores dos hipermercados, quitandas, feiras livres, sacolões (CHITARRA, 1998; JACOMINO et al., 2004).

O avanço na tecnologia de frutas e vegetais, em vários âmbitos, tem atento olhar das empresas da área, e com auxílio financeiro de agências de fomento particulares e governamentais, visam desenvolver e otimizar técnicas apropriadas no manuseio pré e pós-colheita.

Em vegetais minimamente processados, as pesquisas envolvem desde a avaliação da perda de massa, taxas do estresse dos tecidos decorrentes do corte mecânico dos tecidos vegetais, passando pela produção de etileno, desenvolvimento microbiano e escurecimento oxidativo dos cortes, como também as necessárias técnicas para provimento de maior período de vida útil, como promissoras formas de sanitização (UV, ozônio, ácido cítrico, luz pulsada gama, hipoclorito), embalagem (atmosferas modificadas: ativa e passiva e atmosfera controlada) (OLIVEIRA et al., 2014; MAGHOUMI et al., 2013; MCKELLAR et al., 2014, MOREIRA, 2009), como também a logística, necessidade e injúrias na refrigeração e apresentação desse produto vivo e singular (BENÍTEZ et al., 2012; GOMES et al., 2010; ROJAS-GRAU et al., 2009a; ROJAS-GRAU et al., 2009b; WAGHMARE e ANNAPURE, 2013; ZHANG et al., 2013).

Assim, a indústria de minimamente processados gera grandes quantidades de resíduos (cascas, sementes, talos). Estes resíduos em escala têm impactos ambientais e econômicos significativos. Mirabella et al. (2013) relatam que os resíduos orgânicos são os compostos com maior responsabilidade na produção de chorume que, por sua vez, contamina o solo e os lençóis freáticos em aterros. A indústria de alimentos precisa ter um planejamento da geração de resíduos, com visão prévia, na busca para diminuição da quantidade produzida, como também no encaminhamento adequado desse subproduto.

A literatura tem se desenvolvido no tema do reaproveitamento de resíduos vegetais em diversas vertentes e novas aplicações para os subprodutos. Laufenberg et al. (2003) apresentam um panorama geral da transformação de resíduos vegetais em produtos com valor agregado e descreveram, dentre várias possibilidades de reaproveitamento, três implementações práticas no reuso de resíduos como: ingredientes multifuncionais servindo como base para outras formulações; geração de aromas e flavorizantes via fermentação; utilização de resíduos como bioadsorventes.

Para o desenvolvimento da presente pesquisa, adotou-se drum drying (secagem a tambor) como técnica de conservação, no reuso de subprodutos vegetais da indústria de processamento mínimo. A escolha do método se deu pela incorporação de todas as vantagens do processo de secagem: eliminação da água, diminuição das reações químicas e biológicas, menor volume para logística e conservação dos vegetais, em convergência com o impacto sensorial no produto final, pois atribui sabor de cocção, além do processo de secagem em tambor produzir flocos com uma fácil reidratação. A matéria-prima, foco da proposta, é resíduo vegetal processado em forma de pasta ou purê, estado físico este, ideal para a secagem em drum dryer.

A secagem em drum dryer é uma técnica de desidratação adequada para produtos em forma de lama/pasta/creme. O processo de secagem por cilindro/tambor acontece de forma direta sobre uma superfície sólida, proporcionando sabor de cocção, fator este que, no caso dessa pesquisa, é um impacto favorável. O grande desafio está na preservação de nutrientes em conjunto com a máxima eficiência de secagem.

Ensaios preliminares foram necessários com a finalidade de evitar problemas como superaquecimento, queima do produto, incrustação, má secagem e produto engomado, resultando em forte aderência do material de alimentação ao equipamento e interrupção operacional. Nesses ensaios, para colocar o equipamento em operação e viabilizar a pesquisa, foram fixados alguns parâmetros operacionais do equipamento como: teores de água inicial e final requeridos, distância entre os cilindros (espessura do filme de secagem), nível de piscina (fluxo de alimentação de produto a ser seco) e formulação do purê (proporção de vegetais/água/amido/plastificante) a fim de analisar os efeitos das demais variáveis independentes (temperatura de secagem e rotação dos cilindros). Assim, visou-se com esses ensaios determinar as condições de secagem que resultam em maior preservação dos nutrientes do produto.

As principais contribuições científicas ou tecnológicas da proposta são facilitar o aproveitamento dos subprodutos da indústria de processamento mínimo, com a geração de um novo produto rico em compostos funcionais, auxiliando a atenuação do problema ambiental

que é reflexo do descarte de resíduos. Para isto, buscou-se a adequação das condições de processo da secagem em drum dryer sobre os efeitos que impactam o produto em pó.

1.1

_OBJETIVOS

Geral 1.1.1

Aproveitamento de subprodutos vegetais como purê em pó por meio da tecnologia de conservação por secagem em secador de duplo cilindro rotativo.

Específicos 1.1.2

• Verificar as adaptações pré e pós-colheita necessárias para obter a matéria-prima mais limpa;

• Definir a formulação do purê com potencial tecnológico e funcional;

• Avaliar o efeito das condições de processo (temperatura de secagem e rotação dos cilindros) na secagem em secador de duplo cilindro rotativo, por meio de um planejamento experimental, sobre as propriedades físico-químicas (teor de água, higroscopicidade, atividade de água, molhabilidade, solubilidade, cor, acidez total titulável, pH, ácido ascórbico, carotenoides totais, polifenóis extraíveis totais, capacidade antioxidante - FRAP, DPPH e ABTS) do purê desidratado;

• Definir parâmetros ótimos quanto às respostas: teor de água, higroscopicidade, atividade de água, molhabilidade e solubilidade, em sinergia com a preservação dos parâmetros de qualidade: teor de ácido ascórbico, polifenóis extraíveis totais, capacidade antioxidante e carotenoides totais do purê desidratado;

• Avaliar o impacto das secagens sobre as características (densidade aparente e real, porosidade, tamanho médio das partículas, distribuição do tamanho das partículas, morfologia, temperatura de transição vítrea, isotermas de sorção, teor de água, higroscopicidade, atividade de água, molhabilidade, solubilidade, cor, acidez total titulável, pH, ácido ascórbico, carotenoides totais, polifenóis extraíveis totais, capacidade antioxidante -FRAP, DPPH e ABTS) dos pós produzidos nas condições selecionadas no secador de duplo cilindro rotativo e liofilizador;

• Verificar as alterações após os processos de secagem em relação principalmente à conservação das propriedades bioativas.

2.

2.1

Processamento mínimo de vegetais

O subsetor de produtos minimante processados, na área de alimentos, é o que mais cresce, seguindo uma vertente de mercado que responde aos novos hábitos de consumo da população em nível mundial (OMS-OLIU et al., 2010). O apelo é o “pronto para comer”, enquanto que a praticidade e a comodidade são atributos dos produtos minimamente processados, pois atendem a falta de tempo que é característica da sociedade moderna.

Durigan (2004) relata que os produtos minimente processados nos Estados Unidos da América começaram a serem vistos em torno dos anos de 1940 após a fase de desenvolvimento econômico e crescimento industrial, inicialmente de forma sutil e nada especializada. Atualmente na União Europeia, os cortes frescos e pouco manipulados já fazem parte da cesta de compras dos consumidores, principalmente na França, Espanha e Alemanha. Com todos os novos hábitos advindos da vida moderna, o nicho de mercado que aumenta a demanda por esses produtos é um conjunto de consumidores que, pela restrição de tempo, optam pelos fast foods, lanchonetes, etc., apresentando, contudo, uma vertente de procura por alimentos saudáveis.

No Brasil, os cortes frescos têm feito parte da cesta básica da classe média, visto não somente o apelo saudável e o reduzido número familiar (por exemplo, pessoas que moram sozinhas e estudantes), mas também pela disponibilização de uma variedade de vegetais/frutas em uma mesma embalagem, assim evitando o desperdício provocado pela compra de um volume excessivo de produtos inteiros.

Com a inegável expansão da produção dos cortes frescos de vegetais, hortaliças e tubérculos, houve a necessidade de maior atenção em todas as ligações e etapas da cadeia produtiva desse setor tão peculiar. A comunidade científica, por sua vez, tem se modernizado e obtido avanço na tecnologia de frutas e vegetais em vários âmbitos. Assim, com atento olhar das empresas da área, e com auxílio financeiro de agências de fomento particulares e governamentais, há contínuo avanço em técnicas apropriadas no manuseio pré e pós-colheita.

Dentro dessa área de estudo, as pesquisas iniciam desde as que avaliam a perda de massa, taxas do estresse dos tecidos, decorrente do corte mecânico dos tecidos vegetais, passando pela produção de etileno, desenvolvimento microbiano e escurecimento oxidativo dos cortes, como também as necessárias técnicas para provimento de maior período de vida útil, como

promissoras formas de sanitização (UV, ozônio, ácido cítrico, luz pulsada gama, hipoclorito), embalagem (atmosferas modificadas: ativa e passiva e atmosfera controlada (OLIVEIRA et al., 2014; MAGHOUMI et al., 2013; MCKELLAR et al., 2014, MOREIRA, 2009)), como também a logística, necessidade e injúrias na refrigeração e apresentação desse produto vivo e singular (BENÍTEZ et al., 2012; GOMES et al., 2010; GRAU et al., 2009a; ROJAS-GRAU et al., 2009b; WAGHMARE e ANNAPURE, 2013; ZHANG et al., 2013).

O enfoque das pesquisas nesse subsetor baseia sua importância na diferença dos cortes frescos em relação aos materiais intactos em termos fisiológicos e microbiológicos que são efeito de seu manuseio. Portanto, tais produtos devem ser manuseados de forma distinta dos materiais intactos. Isso significa que o conhecimento acumulado durante décadas sobre a fisiologia no manuseio comercial de frutas e hortaliças deve ser reexaminado e novos estudos devem ser desenvolvidos para cada produto minimamente processado. Essa preocupação tecnológica com o estudo dos aspectos de fisiologia pós-colheita visa também a baixa perda nutricional e manutenção dos compostos fitoquímicos, dada a riqueza em nutrientes e perecibilidade desses novos produtos, atendendo, assim, a expectativa dos benefícios à saúde do consumidor (MORETTI, 2007; ALARCÓN-FLORES et al., 2014; OMS-OLIU et al., 2010).

2.2

Panorama geral e geração de resíduos

Em contraponto com a vertente que indica uma expansão da agricultura, outra realidade que, a princípio, parece não ter vínculo com os dados, é a alarmante taxa da fome mundial. Este grande paradoxo da atualidade é elucidado pela estimativa de 12,5% da população mundial ou 870 milhões de pessoas que não tem acesso a um nível satisfatório de consumo de calorias, estando abaixo dos requisitos mínimos. A dieta pobre vinculada com más condições sanitárias, principalmente em indivíduos jovens, impossibilita a absorção de nutrientes ao organismo. Em 2010, estimou-se que 11% da população mundial viveram sem acesso à água potável suficiente, prejudicando ainda mais esse grupo carente de auxílio (FAO, 2013).

Ao sobrepor a abundância de alimentos em confronto com a fome mundial, elas parecem se anular, pois a oferta de alimento é maior que a demanda. Porém, essa lógica não é tão simples assim de ser atendida e ainda carece de ser resolvida. Todavia, há a necessidade de cada setor/etapa da cadeia produtiva de alimentos, como também todas as ligações adjacentes contando com o setor público de analisar de forma sistêmica, visando dirimir problemáticas da cadeia (por exemplo, a gestão de resíduos/reaproveitamento). Mas, atualmente, tem

crescido a consciência de uma indústria limpa, com crescimento sustentável e que se preocupa com a área ambiental e social, além da econômica.

A indústria de minimamente processados gera grandes quantidades de resíduos (cascas, sementes, talos). Estes resíduos em escala têm impactos ambientais e econômicos significativos. O descarte desses, inicialmente, dejetos, como aparas, talos, peles, etc., de forma inapropriada e indevida, têm constituído um grande incômodo causando importante problema ambiental nos aterros sanitários (MIRABELLA et al., 2013).

No Brasil, após vários anos de estruturação, foi aprovada a lei 12.305 de 2010 que instituiu a Política Nacional de Resíduos Sólidos e previu o Plano Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), que contempla o conjunto de questões referentes aos diversos tipos de resíduos gerados, as alternativas de gestão e gerenciamento passíveis de implementação, planos de metas, programas, projetos e ações correspondentes. Em 2008, estimou-se que 51,4% dos resíduos sólidos urbanos foram de matéria orgânica e foram coletados no Brasil 94.335,10 toneladas/dia. Quanto aos resíduos sólidos de origem industrial, têm como maior produtor o estado de São Paulo, com o montante de 26.619,68 toneladas/dia. Os resíduos da agroindústria associada à agricultura que totalizaram em 290.838,41 toneladas/dia, ano base 2009, necessitam ser reaproveitados (BRASIL, 2011).

O uso como biomassa, até o momento a principal forma de reaproveitamento, estima potencial energético de 22.999 MW/ano. Essa forte articulação institucional que vem ocorrendo no Brasil está na busca de soluções para os graves problemas e de grande abrangência territorial que, por sua vez, está comprometendo a qualidade de vida dos brasileiros. Mas o reaproveitamento e reciclagem passam pela educação ambiental e envolve a participação de todos envolvidos: união, estados e municípios, o setor produtivo e a sociedade como um todo (BRASIL, 2011).

Analisando os dados que fundamentam o PNRS brasileiro, verifica-se certa fragilidade nas estimativas mensuradas, pois como em outros países em desenvolvimento, há grande dificuldade de gerar valores quantitativos de um cenário tão múltiplo como a geração de resíduos sólidos em um país. Esta dificuldade também foi encontrada por Parfitt et al. (2010), que revisaram a quantificação da geração de resíduos, visando cruzar uma relação na perspectiva de alimentar nove bilhões de pessoas em 2050 com os “resíduos” desperdiçados. Segundo os autores, há uma escassez de dados sobre o assunto, havendo variação nas estimativas, podendo ser superestimadas ou, em alguns lugares, de não existir. Outro fator que dificulta essa visão global atualizada é que muitos dos censos de perdas pós-colheitas foram coletados há mais de 30 anos atrás. Nessa perspectiva, os dados limitados sugerem que as perdas são muito maiores nas fases imediatas de pós-colheita nos países em desenvolvimento

e altas perdas para alimentos perecíveis, de forma geral, em produtos industrializados. No entanto, para países desenvolvidos a característica é de desperdício pós-comercialização.

Para o desenvolvimento de um sistema sustentável de alimentos, é de vital importância a redução da quantidade de alimentos que é desperdiçada. No mundo todo, cerca de 1,3 bilhões de toneladas de alimentos são perdidos ou desperdiçados anualmente na produção, fabricação e distribuição e em casas, o que é cerca de um terço dos alimentos produzidos para consumo humano (FAO, 2011).

Quested et al. (2013) são pesquisadores e colaboradores da Waste & Resources Action Programme (WRAP), que é uma organização com foco na prevenção de resíduos, financiados por todos os quatro governos em todo o Reino Unido (Inglaterra, Escócia, País de Gales e Irlanda do Norte) e União Europeia, que investigaram os resíduos alimentares provenientes das residências familiares, os quais compõem cerca de 30 % do fluxo geral residual no Reino Unido. A soma de 7,2 milhões de toneladas de comida e bebida residuais foi gerada nos lares no Reino Unido em 2010, dos quais 4,4 milhões de toneladas eram evitáveis, o equivalente a 12% da comida e bebida que entra nas casas. Essa cifra contribui com o equivalente a 17 milhões de toneladas das emissões de CO2 por ano.

A compilação de todos esses dados de desperdício, perdas e geração de resíduos resulta em agravamento do problema ambiental e no impacto da produção em massa, pela necessidade humana em alimentar-se (KOSSEVA, 2009; QUESTED et al., 2013). Os resíduos orgânicos são os compostos com maior responsabilidade na produção de chorume que, por sua vez, contamina o solo e os lençóis freáticos em aterros. Com a decomposição da matéria orgânica, há a produção e emissão de CO2 e metano, gases que causam o efeito estufa (QUESTED et al., 2013; REISINGER et al., 2011; RUBIA-GARCÍA et al., 2012).

A indústria de alimentos precisa ter um planejamento da geração de resíduos, com visão prévia, na busca para diminuição da quantidade produzida, como também no encaminhamento adequado desse subproduto. Por isso, gestão ambiental é o desafio mais importante para o futuro que realmente não tem sido efetivamente abordado até agora (GALINKIN et al., 2009; KOSSEVA, 2009). O reaproveitamento dos subprodutos contribui economicamente, por exemplo, com o não desperdício de energia, água e tempo consumido, como também do trabalho, fertilizantes e agrotóxicos investidos. Além disso, um terço de produto que é desperdiçado se transforma em produto com valor agregado (LAUFENBERG, 2003; MARTÍNEZ et al., 2012). Portanto, a gestão adequada dos resíduos da indústria de alimentos minimamente processados é um problema não resolvido e uma questão prioritária.

Em sequência a esse problema ambiental, os conceitos de Ecologia Industrial têm, a cada dia, saído do patamar da ideologia e galgado a implementação prática na produção limpa, com

o objetivo de “economia de desperdício zero”. A economia circular é considerada princípio de base para a ecoinovação, na qual os resíduos são utilizados como matéria-prima para novos produtos e aplicações. Os resíduos apresentam um grande potencial, pois contém muitas substâncias reutilizáveis de alto valor, embora dependa da existência de uma tecnologia adequada que converta em produtos comerciais, quer como matéria-prima para processos secundários, como fontes de operação ou como ingredientes de produtos novos. Esses processos de separação e reciclagem no final de seu ciclo de vida, no presente, não estão absolutamente eficientes e rentáveis (MIRABELLA et al., 2013; LAUFENBERG et al., 2003).

2.3

_{Reaproveitamento de subprodutos vegetais}

As primeiras formas de reaproveitamento de resíduos com o objetivo do reuso são direcionadas primeiramente para alimentação animal, compostagem e energia de biomassa. O reuso direto de resíduos vegetais na alimentação animal não é algo com viabilidade prática, pois nem sempre os polos industriais estão sediados nas proximidades físicas de criadouros animais, sendo necessária a aplicação de alguma tecnologia para estabilização microbiológica (COWARD-KELLY et al., 2006; KELLEY e WALKER, 1999). A compostagem de restos vegetais, que consiste na mineralização de compostos, é usada como fertilizante natural. Porém, Semple, et al. (2001) avaliaram a formação de micro poluentes e decorrente contaminação de solo. Já Rubia-García et al. (2012) utilizaram o bagaço de azeitonas, resíduo da produção de azeite, na produção de tijolos de forma estável. O Brasil é referência em geração de energia por biomassa, principalmente com resíduo da indústria de cana-de-açúcar, porém com possibilidade de geração com qualquer outro resíduo vegetal (GALINKIN et al., 2009).

A literatura tem se desenvolvido no tema do reaproveitamento de resíduos vegetais em diversas vertentes e novas aplicações para os subprodutos. Laufenberg et al. (2003) apresentam um panorama geral da transformação de resíduos vegetais em produtos com valor agregado e descreveram três implementações práticas no reuso de resíduos como ingredientes multifuncionais servindo como base para outras formulações; geração de aromas e flavorizantes via fermentação; utilização de resíduos como bioadsorventes.

Mirabella et al. (2013) apresentaram viabilidade e limitações da aplicação de simbiose industrial na recuperação de resíduos de processamento de alimentos, com foco em reciclagem (excluindo a valorização energética) dos resíduos sólidos e líquidos da indústria de

processamento de alimentos. Os compostos e principais substâncias funcionais derivadas desta transformação são apresentados e discutidos, com aplicação tradicional na indústria nutracêutica e farmacêutica.

Apesar dos esforços científicos e técnicos quanto ao reaproveitamento de resíduos vegetais, a literatura carece de dados estatísticos específicos da cadeia de produção dos minimamente processados nos âmbitos econômicos, de escala de produtos processados pelo setor, de volume de geração de resíduos, deposição atual desse material e adaptações reais dos processos produtivos para captação e processamento desses resíduos. Tais fatos já foram descritos por Brasil (2011) e Parfitt et al. (2010), revelando dificuldades na coleta e mensuração desses dados.

Entretanto, a justificativa do reuso de resíduo da indústria de minimamente processados, está embasada na viabilidade singular desse material. Moretti (2000) descreve que o sucesso do produto minimamente processado depende da obtenção de matéria-prima de excelente qualidade. Desde a condução da lavoura, exigem-se cuidados especiais quanto à nutrição mineral, aos controles fitossanitários e ao manejo de água e solo, passando pelos cuidados na colheita e tratamento pós-colheita, visando alcançar o ponto ótimo de maturidade hortícola de cada produto. E, em semelhante nível de importância, têm-se também como justificativa a elevada porcentagem de resíduos no processo produtivo que variam dependendo de cada produto. Como exemplo, pode-se citar que, em processamento mínimo de mini cenouras, soma-se 30% de resíduos (SOUSA, 2008); já o melão, tem a soma de 58 a 62% de resíduos (PINTO, 2002).

2.4

_{Qualidade da matéria-prima}

As matérias-primas (Figura 1) selecionadas para o desenvolvimento da atual pesquisa foram as cascas de abóbora cabotiá, cenoura e mandioquinha-salsa. A escolha se deu por apresentarem relevantes propriedades bioativas, fato este preponderante na seleção das mesmas. A presença do pigmento carotenoide nas três amostras também foi um fator relevante na escolha. As amostras adotadas não apresentam sazonalidade restritiva ao longo do ano e na empresa parceira têm alto volume de produção.

(Fonte: Autor anônimo) Figura 1: Os subprodutos estudados foram provenientes da abóbora cabotiá, cenoura e mandioquinha-salsa.

Abóbora cabotiá 2.4.1

A abóbora cabotiá é uma hortaliça que apresenta carotenoides com coloração que varia do amarelo ao vermelho, presentes em frutas e outros vegetais (Silva et al., 2010); é rica em provitamina A, vitaminas do complexo B, vitamina C e outros nutrientes como proteína, hidratos de carbono, gorduras, fibras alimentares e fósforo, potássio, cálcio, sódio, silício, magnésio, ferro e cloro (Rocha et al., 2008 citado por Daiuto et al., 2012). Na Tabela 1, são apresentados os valores em porcentagem da composição da abóbora segundo os resultados obtidos por Daiuto et al. (2012).

Tabela 1: Composição nutricional e físico-química da abóbora crua.

Amostra Proteínas (%) Lipídeos (%) Fibras (%) Açúcar redutor (%) Teor ácido ascórbico (%) Fe (%) P (%) K (%) Ca (%) Mg (%) Zn (%) Polpa 1,12 0,30 2,29 1,68 3,08 162,3 6,0 54,0 5,1 3,0 166,3 Casca 1,87 0,25 3,17 1,76 3,25 225,7 8,0 66,0 11,0 7,0 55,3 Cenoura 2.4.2

Num trabalho desenvolvido por Silva et al. (2016), foi estimada a qualidade nutricional e físico-química da cenoura in natura e minimamente processada (Tabela 2), no qual foi concluído que a cenoura minimamente processada teve acentuada perda nutritiva, sendo necessário realizar mais estudos que permitam manter a qualidade e a propriedades deste alimento depois de processado.

Tabela 2: Valores médios da composição da cenoura in natura e minimamente processada. Cenoura

Composição química In natura Minimamente processada

Umidade 90,0% 89,8% Proteínas 0,6% 0,6% Lipídios 0,2% 0,1% Carboidratos 5,1% 5,7% Fibra Alimentar 3,3% 3,0% Cinzas 0,8% 0,8%

Valor energético total 24,2kcal/100g 26,1 kcal/100g Fenólicos 32,8mg/100g 39,9mg/100g Vitamina C 21,3mg/100g 18,3mg/100g Carotenoides totais 2,0mg/100g 1,6mg/100g Licopeno 0,0mg/100g 0,0mg/100g Betacaroteno 2,0mg/100g 1,6mg/100g Clorofila A 0,2mg/100g 0,2mg/100g Clorofila B 0,0mg/100g 0,0mg/100g Atividade antioxidante 38,7% 24,0% Sólidos solúveis 12,0 ºBrix 12,0 ºBrix

Acidez titulável 1,4% 1,9%

pH 6,0 5,5

Adaptado de Silva et al. (2016)

Mandioquinha-salsa 2.4.3

A mandioquinha-salsa é originária da região andina da América do Sul (SOARES et al., 2007). Também é conhecida popularmente como baroa, cenoura-amarela ou batata-fiúza. A mandioquinha-salsa tem alta digestibilidade. Essa qualidade está envolvida com algumas características relacionadas ao amido desta planta, tais como: cozimento fácil, baixa temperatura de gelatinização e alta viscosidade de pico (ALBANO, 2014).

Suas raízes são ricas em carboidratos (HENZ e REIFSCHNEIDER, 2005), apresentando uma média de 25 g de carboidratos por 100 g de raiz (ALBANO, 2014). Além de ser uma boa fonte de vitamina A e niacina, também apresenta níveis significativos de minerais como cálcio, fósforo e ferro (LEONEL e CEREDA, 2002; HENZ e REIFSCHNEIDER, 2005; TACO, 2011), por isso é recomendado para crianças, idosos e pessoas convalescentes.

A sua reputação de produto saudável tem estimulado o cultivo da mandioquinha-salsa no Brasil, onde a produtividade média é de cerca de 9 toneladas por hectare (ALBANO, 2014). A

comercialização desse tubérculo é mais valorizada quando minimamente processado, elevando-se assim a geração de resíduos e perdas após o processo. A utilização dos resíduos oriundos da indústria de minimamente processados pode agregar valor ao que seria descartado.

2.5

_Secagem

Há a necessidade de técnicas e estudo de processos que viabilizem a reutilização de resíduos de forma eficiente e lucrativa. A secagem, por sua vez, é uma das técnicas mais antigas de preservação de alimentos utilizadas pelo homem. O processo de secagem, em linhas gerais, é considerado acessível e econômico e é amplamente utilizado (HENRÍQUEZ et al., 2014). Tem como objetivo primordial, eliminar a umidade de um produto (KINGSLY et al., 2007). Trata-se de um processo com transporte simultâneo de calor e massa, acompanhado de mudança de fase (BARBANTI et al., 1995).

O processo de secagem é importante nas indústrias química e de alimentos, pois a remoção da água “livre” promove a redução do risco de deterioração microbiana e reações químicas. Mas, a secagem também pode provocar outras mudanças, como as físicas, estruturais, químicas e biológicas que afetam os atributos de qualidade, como a textura, cor, sabor e valor nutricional (HENRÍQUEZ et al., 2014). Além de ser utilizada como um método de conservação, impedindo a deterioração e perda do valor comercial, objetiva também o aprimoramento do alimento, tendo-se como consequência a oferta de um novo produto no mercado. O processo envolve custos e volumes menores de acondicionamento, armazenagem e transporte. Em alguns casos, a desidratação apresenta a vantagem adicional de colocar ao alcance do consumidor uma maior variedade de produtos alimentícios que podem ser disponibilizados fora da safra. Apesar dos aspectos positivos, a secagem pode alterar as características sensoriais e o valor nutricional dos alimentos. A intensidade dessas alterações é dependente das condições utilizadas no processo de secagem e das características próprias de cada produto (MARTIN, 2013; MUSIELAK et al., 2016).

2.6

_{Secagem em drum dryer}

Para o desenvolvimento da presente pesquisa, adotou-se drum drying (secagem a tambor) como técnica de conservação, no reuso de subprodutos vegetais da indústria de processamento mínimo. A escolha do método se deu pela incorporação de todos os benefícios

bioquímicos (conservação) e de logística (menores volumes) advindos dos produtos desidratados, em convergência com o impacto sensorial no produto final, pois atribui sabor de cocção, além do processo gerar um material com boa característica de reidratação. A matéria-prima, foco da proposta, é resíduo vegetal processado em forma de pasta ou purê, estado físico este, ideal para a secagem em drum dryer. Objetivou-se com o atual trabalho, a adequação dos parâmetros operacionais peculiares desse método na conservação e preservação dos atributos funcionais do purê em pó.

A secagem em drum dryer ou secador de tambor realiza uma transferência direta de calor através de uma superfície sólida. Entre as várias conformações de modelos, o equipamento utilizado compõe-se de dois cilindros horizontais em paralelo que giram em sentidos opostos e são aquecidos internamente por vapor, água quente, ou outro meio de aquecimento. O produto é inserido na parte superior do equipamento, entre os cilindros, o qual se adere à superfície metálica já aquecida e forma uma fina camada, que é raspada por uma lâmina de aço no final do processo (FELLOWS, 2006; HENRÍQUEZ et al., 2014). O desempenho do secador de tambor duplo (Figura 2) é influenciado pela concentração de alimentação, pressão de vapor, velocidade de rotação do tambor e nível de piscina entre os tambores (VALLOUS et al., 2002; DING et al., 2001; ILHAN et al., 2003). Secadores de tambor são dedicados à desidratação de lamas, purês e fabricação de pós-desidratados e flocos. Produtos secos por tambor são amplamente utilizados em produtos de panificação, bebidas, cereais e laticínios (TARHAN et al., 2010).

(Fonte: Adaptado de Henríquez et al., 2014) Figura 2: Representação esquemática da secagem em drum dryer da presente pesquisa.

As principais vantagens da secagem no drum dryer incluem: taxa de secagem elevada, economia no uso do calor (60-90% de eficiência energética) (TARHAN et al., 2010; HENRÍQUEZ et al., 2014) e a necessidade de poucas etapas (HENRÍQUEZ et al., 2014) e como desvantagem a característica de sabor de cocção gerada que no caso da presente pesquisa não é um fator ruim. Considerado um método de secagem econômico, esse dispositivo industrial é utilizado na produção de diversos produtos alimentícios, tais como leite, cereais pré-cozidos, compota de maçã, purês de frutas, alimentos para bebês, misturas de sopas secas (PUA et al., 2007), além de ser utilizado como um método para agregar valor à jaca (PUA et al., 2010) e produtos não convencionais, tais como ao bagaço de melancia (AROCHO et al., 2012) e casca de maçã (HENRÍQUEZ et al., 2014).

As variáveis operacionais do secador de tambor influenciam a qualidade final do produto, e com o objetivo de favorável impacto e preservação dos nutrientes do produto, a secagem de tambor torna-se um grande desafio. Para evitar problemas como o superaquecimento, queima do produto, incrustação, má secagem e produto engomado, resultando em interrupção operacional e forte aderência do material de alimentação ao equipamento, há a necessidade de adequação das variáveis operacionais (PUA et al., 2007).

Os fatores referentes ao produto a ser seco como a determinação da viscosidade, a concentração de amido (necessário estar pré-gelatinizado) e tempo de residência são imprescindíveis (DAUD e ARMSTRONG, 1988; DING et al., 2001; VALLOUS et al., 2002), assim como as variáveis operacionais referentes ao equipamento como: temperatura de secagem (pressão de vapor), espessura de produto a ser seco, tempo de residência suficiente para a secagem em sinergia com a rotação dos tambores (POELS et al., 1987; DAUD e ARMSTRONG, 1988; ILHAN et al., 2003; DING et al., 2001). Para isso, na literatura, encontram-se algumas modelagens matemáticas para melhor compreensão do comportamento físico dessa secagem, porém para outras configurações de secadores a tambor, fato que impossibilita usar diretamente nas presentes condições (IGUAZ et al., 2003; KOSTOGLOU e KARAPANTSIOS, 2003).

Pua et al. (2010) avaliaram a influência da pressão de vapor e rotação do tambor sobre as propriedades físico-químicas do pó de jaca, por meio da metodologia de superfície de resposta. Esses dois parâmetros operacionais influenciaram significativamente todas as respostas avaliadas (teor de água, atividade de água, solubilidade, cor e aceitação do produto). O teor de água e atividade de água diminuíram com o aumento da temperatura do tambor. Já as pontuações sensoriais diminuíram quando a temperatura do cilindro foi aumentada. O processo de secagem a tambor recomendado para fornecer o pó de jaca com ótima qualidade foi de 336 kPa de pressão de vapor e velocidade de rotação de 1,2 rpm.

Caparino et al. (2012) compararam três formas de secagem de polpa de manga a fim de obter o melhor método de secagem que preserve a qualidade físico-química do pó de manga. A secagem com maior preservação das características iniciais do produto foi por liofilização, que trata da secagem por sublimação (migração da água no estado sólido direto para o estado gasoso). Nessa técnica, há a preservação porosa da estrutura e nutrientes da matriz sólida. O método que mais se aproximou da conservação do produto seco por liofilização foi o da amostra seca por spray drying. Apesar de precisar tecnologicamente ser acrescentado maltodextrina e utilizar altas temperaturas, as amostras são obtidas em curto tempo de residência, resultando na preservação dos nutrientes presentes. Na comparação das amostras secas, as do drum dryer foram as que receberam menores notas de aceitação sensorial, visto que no caso de pó de frutas não é interessante o sabor de cocção que a secagem por tambor possivelmente proporciona. Porém para vegetais e legumes, possivelmente os efeitos negativos são menores, pois o constatado está associado ao cozimento.

Propriedades físico-químicas dos produtos em pó 2.6.1

Várias são as características e propriedades dos produtos em forma de pó. Dentre elas, a higroscopicidade deve ser levada em consideração, pois o material ao absorver água causa um fenômeno conhecido como caking, que dificulta a utilização desses produtos (CARLOS et al., 2005). Nesse fenômeno ocorre a baixa velocidade de sedimentação das partículas, que evita que o líquido fique preso ao sedimento, o que o torna mais compacto e dificulta a sua dispersão e manipulação. Em relação àa higroscopicidade de um alimento, é necessário o conhecimento do comportamento higroscópico, pois está relacionado com a estabilidade física, química e microbiológica dos produtos (OLIVEIRA et al., 2012). Alimentos que são ricos em açúcares, normalmente são muito higroscópicos, pois os açúcares são responsáveis por fortes interações com moléculas de água principalmente quando se apresentam no estado amorfo (JAYA e DAS, 2004; CARLOS et al., 2005).

Com a utilização das isotermas de sorção é possível conhecer o comportamento higroscópico dos alimentos em pó. A compreensão das isotermas de sorção dos alimentos tem aplicação direta na determinação do tempo de secagem, vida útil do produto, tipo de embalagem e na caracterização do produto, inclusive quando o mesmo é constituído por componentes de atividade de água diferentes (ALEXANDRE et al., 2007).

Diversos modelos matemáticos têm sido propostos para descrever o comportamento das isotermas de sorção de alimentos, sendo que esses variam de acordo com o alimento visto que

a atividade de água depende da sua composição e da interação de seus diferentes constituintes como o teor água em condições de equilíbrio termodinâmico. O modelo matemático permite determinar os pontos nas regiões de baixa ou alta atividade de água com poucos pontos experimentais, otimizando assim o trabalho (OLIVEIRA et al., 2014).

A temperatura de transição vítrea (Tg) é definida como a temperatura em que um sistema amorfo passa do estado vítreo para um estado borrachento (gomoso). Considerada uma das principais transições de estado nos alimentos que pode afetar significativamente as propriedades físicas (WANG e TRUONG, 2017).

A estrutura cristalina pode ser caracterizada por técnicas de difração de raios-X (CORRADINI et al., 2005). Os feixes de raios X são refletidos apenas em direções bem definidas quando atingem os planos de uma rede cristalina formados por átomos ou moléculas. Isto fará com que haja vários picos de intensidade de reflexão quando o produto ou material tiver regiões cristalinas. Os sólidos cristalinos são termodinamicamente estáveis em comparação com os sólidos amorfos. A plastificação térmica pode enfraquecer as interações das moléculas, que resultam no aumento da temperatura de transição vítrea do material. Com isso, o estado amorfo recupera a mobilidade molecular que permite o fluxo viscoso (BHANDARI e ROOS, 2017).

Produtos alimentícios com baixa umidade e alta Tg podem ser considerados estáveis no armazenamento. Porém, a mínima elevação da umidade do produto pode reduzir significativamente o valor da Tg. Com isso, a Tg serve como parâmetro de referência para caracterizar as propriedades de qualidade e estabilidade dos alimentos (KUROZAWA et al., 2009).

3.

Neste trabalho de pesquisa, resíduos de abóbora cabotiá, cenoura e mandioquinha-salsa (Figura 3), provenientes da indústria de processamento mínimo, fornecidos pela empresa Fresh & Freeze Vegetais Minimamente Processados, sediada na cidade de Sumaré-SP, Brasil, foram utilizados como matéria-prima (subprodutos da etapa toalete).

(Fonte: Arquivo pessoal/L. G. P. Martin) Figura 3: Resíduos, cascas, talos de cortes frescos: 1-abóbora cabotiá, 2-cenoura e 3-mandioquinha-salsa.

A empresa parceira mostrou interesse no tema da pesquisa, pois atualmente todos os subprodutos são misturados e depositados em caçambas para serem descartados como resíduos orgânicos. Tal prática tem causado transtorno por provocar odor desagradável na espera pela empresa ambiental contratada para fazer o descarte adequado desse resíduo.

A escolha dos resíduos continuou sendo definida a partir da análise dos vegetais com a maior escala de produção na empresa doadora e com maiores atributos nutricionais. Especificamente, o processo de descascamento da mandioquinha, cenoura e abóbora cabotiá é realizado por abrasão, sendo que, para a abóbora cabotiá, a descascadora por abrasão tem maior dimensão e possui lixas mais grossas, visto que a casca dela é mais firme e espessa. O processo de descascamento por abrasão produz resíduo em forma de “raspas desintegradas”, que é descartado com grande quantidade de água, levando consigo sujidades grosseiras provenientes do campo. Por este motivo, esse tipo de resíduo não foi usado nesta pesquisa. Optou-se por fixar como subproduto a ser utilizado na pesquisa, somente as aparas da etapa de toalete que é coletado após a retirada das cascas. A etapa de toalete visa à boa apresentação visual, resultando em aparas íntegras e de boa qualidade para o aproveitamento. As amostras ainda passaram por outras etapas, visando deixa-las próprias para o uso, como: seleção, sanitização e pasteurização.

3.1

_{Etapas de desenvolvimento da pesquisa}

O diagrama de fluxo (Figura 4) apresenta as etapas de captação dos subprodutos.

Figura 4: Diagrama de fluxo das etapas de captação da matéria-prima.

Manuseio pré e pós-colheita:

Moretti (2007) orienta sobre os cuidados necessários nos processos pós-colheita para o processamento mínimo de vegetais, de forma que o sucesso do produto minimamente

Recepção da matéria-prima Câmara Fria Subproduto Triagem Controle Produção Pré-Limpeza Descascador por abrasão

Limpeza Toalete Produto Classificação Sanitização Embalagem

Estudo das matérias-primas, adaptações de processos e método

para seu aproveitamento Manuseio Pré e Pós-colheita Campo Indústria Minimamente Processado Pesquisa e desenvolvimento para o aproveitamento Resíduo Abrasão Expedição Câmara Fria

processado depende da obtenção de matéria-prima de excelente qualidade. Após a colheita, os produtos devem permanecer no campo por cerca de duas horas para secagem inicial e perda da água superficial. Em seguida, devem ser lavados, escovados, postos a secar sob ventilação, classificados quanto ao tamanho e selecionados quanto à qualidade. Também se deve levar em conta o cenário múltiplo para a manufatura de produtos perecíveis e com pouco processamento, pois têm como característica desejada o frescor e a preservação dos atributos do produto inteiro. Estes atributos, por sua vez, são afetados por fatores como: época de abundância, sazonalidade, maturação, clima, rota de logística, pois estes fatores influenciam diretamente no grau de firmeza dos tecidos vegetais, na padronização da geometria e na uniformidade do lote. Todas essas variáveis modificam a qualidade desse produto e refletem no rendimento de processo de produção. Na Tabela 3, fornecida pela empresa parceira, são apresentadas as faixas do rendimento médio de processo para seus produtos.

Tabela 3: Rendimento de processo dos produtos da empresa parceira.

Produto Máximo (%) Mínimo (%) Produto Máximo

(%) Mínimo (%)

Abóbora Seca 85 70 Cebolinha 70 65

Abóbora Cabotiá 85 70 Cenoura 85 70

Abóbora Moranga 85 75 Chuchu 76 62 Abóbora Italiana 85 70 Couve Manteiga 70 65 Abóbora Brasileira 85 65 Couve Flor 70 66 Acelga 70 66 Escarola 70 66 Agrião 60 52 Espinafre 60 40

Alho 100 85 Jiló 95 80

Alface Americana 62 50 Mandioca 100 95 Alface Crespa 62 50 Mandioquinha-salsa 75 65 Alface Lisa 62 50 Nabo 65 60 Alface Roxa 62 50 Pepino Japonês 90 90 Almeirão 70 65 Pepino Verde 85 75 Batata 75 60 Pimentão 80 80 Batata Bolinha 70 66 Quiabo 85 78 Batata Doce 75 65 Rabanete 65 55 Berinjela 75 70 Repolho Branco 70 60 Beterraba 70 65 Repolho Roxo 70 60 Brócolis 76 70 Rúcula 55 40

Cará 67 67 Salsa 65 55

Catalonha 75 70 Salsão 75 60

Cebola 75 60 Tomate 99 99