DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
MARIANA SANTIAGO SILVEIRA
Efeitos da desidratação osmótica e desidratação osmótica assistida
por ultrassom na secagem convectiva de cenoura (
Daucus carota
L
.).
Efeitos da desidratação osmótica e desidratação osmótica assistida
por ultrassom na secagem convectiva de cenoura (
Daucus carota
L
.).
Tese apresentada ao Curso de Doutorado em Engenharia Química da Universidade Federal do Ceará como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia Química.
Orientadora: Profa. Dra. Sueli Rodrigues. Co-orientador: Prof. Dr. Fabiano André Narciso Fernandes.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE
S589e Silveira, Mariana Santiago.
Efeitos da desidratação osmótica e desidratação osmótica assistida por ultrassom na secagem convectiva de cenoura (Daucus carota l.)/ Mariana Santiago Silveira. – 2014.
100 f. : il. color., enc. ; 30 cm.
Tese (doutorado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2014.
Área de Concentração: Desenvolvimento de Processos Químicos e Bioquímicos. Orientação: Profa. Dra. Sueli Rodrigues.
Coorientação: Prof. Dr. Fabiano André Narciso Fernandes.
1. Engenharia Química. 2. Difusividade. 3. Desidratação. I. Título.
À Deus, pela vida maravilhosa.
Aos meus pais, Ronaldo e Gláucia, pelo amor incondicional, carinho, cuidado, apoio, incentivo e por estarem ao meu lado em todos os momentos da minha vida sempre.
À minha irmã, Clarice, por todo amor, companheirismo e compreensão ao longo desta jornada e em todos os momentos da minha vida.
A toda minha família e em especial às minhas primas-irmãs, Raquel e Claudinha, pela amizade e cumplicidade desde sempre.
A todos os meus queridos amigos, que tornam minha vida mais bonita e feliz e por todos os momentos compartilhados de alegria e descontração.
À minha orientadora, Professora Sueli, por todo apoio, oportunidade e ensinamentos, por me ajudar nos momentos que eu mais precisei. Serei sempre imensamente grata.
Ao meu co-orientador, Professor Fabiano, por toda ajuda e contribuições essenciais para o andamento e término deste trabalho.
Ao Professor Dr. José Maria, Dr, Edy Souza, Dra. Cláudia Fontes e à Dra. Nair Amaral, por terem aceitado participar desta banca.
À Professora Dra. Izabel Gallão pelas micrografias realizadas.
A todos os integrantes do Laboratório de Biotecnologia (LABIOTEC) da Universidade Federal do Ceará, pelo carinho, cuidado e amizade. Vocês são muito queridos e especiais. Estarão sempre em meu coração.
Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE) campus Sobral, que gentilmente flexibilizou minha jornada de trabalho para que eu pudesse dar continuidade e finalizar a parte experimental e escrita da Tese.
Ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Química e a todos os professores e funcionários do departamento de Engenharia Química da Universidade Federal do Ceará.
“Repito por pura alegria de viver: a salvação é pelo risco, sem o qual a vida não vale a pena!”
A cenoura (Daucus carota L.) está entre os vegetais mais consumidos e cultivados do mundo. Isso se deve principalmente ao seu elevado teor de β-caroteno, precursor da vitamina A, que faz a cenoura ser considerada a melhor fonte vegetal dessa vitamina. A cenoura in natura tem por volta de 90% de umidade e este alto teor a torna um produto com vida de prateleira reduzida. Uma alternativa para reduzir as perdas dos vegetais é a secagem, um método de preservação que possibilita uma extensão da vida de prateleira pela redução do conteúdo de água do produto, além de diminuir os custos com o armazenamento e transporte. Aliados a secagem, a desidratação osmótica e o ultrassom utilizados como pré-tratamentos minimiza as perdas na qualidade, pois remove água do produto, e o tempo de exposição e temperatura de secagem são reduzidos. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos do ultrassom e da desidratação osmótica como pré-tratamentos seguida de secagem de cenoura em estufa de circulação de ar. As soluções osmóticas utilizadas foram: sacarose 25°Brix, sacarose 50°Brix, cloreto de sódio 1%, cloreto de sódio 5% e água destilada. Os tempos de imersão foram 10, 20 e 30 min e a temperatura de secagem foi 60°C em estufa com circulação de ar. Foi realizado também um ensaio de secagem sem desidratação osmótica e sem ultrassom. Os resultados analisados foram perda de água, ganho de sólidos, redução de peso, taxa de secagem, umidade em base seca, atividade de água e difusividade efetiva da água. Os resultados mais elevados com relação à perda de água foram obtidos quando a sacarose 50°Brix foi utilizada durante 20 e 30 minutos (11,79% ± 0,23 e 14,09% ± 0,29, respectivamente) e o cloreto de sódio 5% durante 30 minutos (8,34%±0,28) em ultrassom. Os maiores valores de difusividade efetiva da água foram encontrados quando a sacarose 25°Brix foi usada como agente osmótico durante 30 e 20 min em banho ultrassônico (4,80 x 10-10 m2/s e 4,50 x 10-10 m2/s, respectivamente). Menor tempo necessário para reduzir a atividade de água da cenoura para 0,6 foi encontrado quando a sacarose 50°Brix foi usada como agente osmótico durante 20 min em ultrassom (5 h) e o segundo menor tempo foi observado quando o cloreto de sódio 5% foi usado como meio de imersão durante 20 minutos em banho ultrassônico (6 h) e sacarose 25°Brix durante 30 min de imersão em ultrassom. O ultrassom combinado com desidratação osmótica utilizados como pré-tratamentos apresentaram-se como alternativas interessantes para redução do tempo de secagem e dos custos de processo.
ABSTRACT
Carrot (Daucuscarota L.) is among the most cultivated and consumed vegetables in the world. This is mainly due to its high content of β- carotene, precursor of vitamin A, which makes the carrots to be considered the best plant source of this vitamin. Carrots are highly perishable crops which naturally deteriorate few days after harvest due to its high moisture content. An alternative to reduce post-harvest losses is drying, a method of preservation that enables an extension of shelf life by reducing the water content of the product, reducing the costs of storage and transportation. However, drying also causes unpleasant effects such as reduced nutritional value and changes in color, taste and texture of food. Therefore, the osmotic dehydration and ultrasound has been used as pre-treatments to minimize losses in quality, as processing time and drying temperature are reduced. This study aimed to evaluate the effects of ultrasound and osmotic dehydration pretreatments followed by air-drying of carrots. The osmotic solutions used were: sucrose (25-50 ° Brix), sodium chloride (1-5%) and distilled water. The immersion times were: 10, 20 and 30 minutes. The forced circulating air-drying oven was set at 60°C with air moisture content at 18%. Control assays, without pre-treatment. Water loss, solid gain, weight reduction, drying rate, water activity and effective diffusivity of water were evaluated. The higher water loss was obtained for 50°Brix sucrose sonicated for 20 and 30 minutes (11.79% ± 0.23 and 14.09 ± 0.29%, respectively) and sodium chloride 5% sonicated during 30 minutes (8.34% ± 0.28). The highest values of effective diffusivity of water were found when 25 ° Brix sucrose was used as osmotic agent and the samples were sonicated for 30 and 20 minutes (4.80 x 10-10 m2/s, 4.50 x 10-10 m2/s respectively). The shortest time necessary to reduce water activity of carrot to 0.6 was found when 50° Brix sucrose was used as an osmotic agent for a sonication time of 20 minutes (5 hours of drying). Reductions in water activity were also observed for treatments with sodium chloride 5% and 20 minutes of sonication (6 hours of drying) and 25 ° Brix sucrose for 30 minutes of sonication. The osmotic dehydration combined with ultrasound used as pre-treatment was a viable alternative to reduce drying time and process costs.
Figura 1(a) - Folhas da planta da cenoura ... 18
Figura 1(b) - A raiz ... 18
Figura 2 - Mecanismo de migração da água para a superfície do alimento durante a secagem convectiva ... 23
Figura 3 - Gráfico representativo das curvas de secagem ... 25
Figura 4 - Esquema ilustrativo da desidratação osmótica ... 27
Figura 5 - Ilustração da cavitação ocasionada por ondas ultrassônicas ... 29
Figura 6(a) Fluxograma dos experimentos realizados com desidratação osmótica seguida de secagem em estufa ... 36
Figura 6(b) Fluxograma dos experimentos realizados com desidratação osmótica assistida por ultrassom seguida de secagem em estufa ... 37
Figura 7 - Gráfico de umidade em base seca – Ubs (Sacarose 25 e 50°Brix - sem US e controle) ... 52
Figura 8 - Gráfico de umidade em base seca – Ubs (Sacarose 25 e 50°Brix – com US e controle) ... 52
Figura 9 - Gráfico de umidade em base seca – Ubs (NaCl 1 e 5% - sem US e controle) …. 54 Figura 10 - Gráfico de umidade em base seca – Ubs (NaCl 1 e 5% - com US e controle) .... 54
Figura 11 - Gráfico de umidade em base seca – Ubs (Água destilada - sem US 10, 20, 30 minutos e controle) ... 56
Figura 12 - Gráfico de umidade em base seca – Ubs (Água destilada - com US 10, 20, 30 minutos e controle) ... 56
Figura 13 - Gráfico da taxa de secagem (Sacarose 25 e 50°Brix – sem US e controle) ... 58
Figura 14 - Gráfico da taxa de secagem (Sacarose 25 e 50°Brix – com US e controle) ... 58
Figura 15 - Gráfico da taxa de secagem (NaCl 1 e 5% - sem US e controle) ... 60
Figura 16 - Gráfico da taxa de secagem (NaCl 1 e 5% - com US e controle) ... 60
Figura 17 - Gráfico da taxa de secagem (Água destilada - sem US 10, 20, 30 minutos e controle) ... 62
Figura 19 - Gráfico da atividade de água – Aw (Sacarose 25 e 50°Brix - sem US e controle) ... 63 Figura 20 - Gráfico da atividade de água – Aw (Sacarose 25 e 50°Brix - com US e controle)
... 63 Figura 21 - Gráfico da atividade de água – Aw (NaCl 1 e 5% - sem US e controle) ... 65 Figura 22 - Gráfico da atividade de água – Aw (NaCl 1 e 5% - com US e controle) ... 65 Figura 23 - Gráfico da atividade de água – Aw (Água destilada - sem US 10, 20, 30 minutos
e controle) ... 66 Figura 24 - Gráfico da atividade de água – Aw (Água destilada - com US 10, 20, 30 minutos
e controle) ... 66 Figura 25- Cortes de cenoura coradas com Azul de Toluidina 0,025% pH 4,0. A) Controle;
B) Sacarose 25°Brix 10 min; C) Sacarose 25°Brix 20 min; D) Sacarose 25°Brix 30 min. Parede celular ( ). barra: 50 µm. ... 71 Figura 26 - Cortes de cenoura coradas com Azul de Toluidina 0,025% pH 4,0, submetidas
ao ultrassom. A) Controle; B) Sacarose 25°Brix 10 min; C) Sacarose 25°Brix 20 min; D) Sacarose 25°Brix 30 min. Parede celular ( ). barra: 50 µm. ...
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição nutricional da cenoura ... 20 Tabela 2 - Pré-tratamentos realizados e tempos de processamento ... 33 Tabela 3 - Perda de água de cenouras submetidas à desidratação osmótica com e sem
ultrassom em diferentes soluções, concentrações e tempos de pré-tratamentos... 41 Tabela 4 - Ganho de sólidos de cenouras submetidas à desidratação osmótica com e
sem ultrassom em diferentes soluções, concentrações e tempos de pré-tratamentos... 45 Tabela 5 - Redução de peso de cenouras submetidas à desidratação osmótica com e
sem ultrassom em diferentes soluções, concentrações e tempos de pré-tratamentos... 49 Tabela 6 - Tempo necessário de secagem para reduzir a atividade de água da cenoura
para 0,6 do experimento controle e dos experimentos realizados com
desidratação osmótica sem e com
ultrassom... 67 Tabela 7 - Resultados da difusividade efetiva e relativa da água nos tratamentos
SUMÁRIO
Páginas
1. INTRODUÇÃO ... 15
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 17
2.1 Cenoura ... 18
2.1.1 Aspectos Gerais... 18
2.2 Produções Nacional e Mundial ... 19
2.3 Valor Nutricional ... 19
2.4 Desidratação ... 20
2.4.1 Transferência de calor ... 22
2.4.2 Transferência de massa ... 22
2.5 Curvas de secagem ... 24
2.5.1 Período de Indução ... 24
2.5.2 Período de taxa constante ... 24
2.5.3 Período de taxa decrescente ... 25
2.6 Desidratação osmótica ... 26
2.7 Ultrassom ... 27
3. MATERIAL E MÉTODOS ... 32
3.1 Preparo de amostras ... 32
3.2 Pré-tratamentos ... 32
3.2.1 Desidratação osmótica ... 32
3.2.2 Desidratação osmótica assistida por ultrassom ... 32
3.3 Secagem convectiva ... 35
3.4 Atividade de água ... 35
3.5 Obtenção das curvas de secagem... 35
3.6 Difusividade efetiva da água... 38
3.7 Análise estatística... 38
4.1 Pré-tratamentos ... 41
4.1.1 Perda de água dos experimentos realizados apenas com desidratação osmótica e com desidratação osmótica assistida por ultrassom ... 41
4.1.2 Ganho de sólidos dos experimentos realizados apenas com desidratação osmótica e com desidratação osmótica assistida por ultrassom ... 44
4.1.3Redução de peso dos experimentos realizados apenas com desidratação osmótica e com desidratação osmótica assistida por ultrassom ... 48
4.2 Curvas de secagem... 51
4.2.1Umidade em base seca ... 51
4.2.1.1 Umidade em base seca dos experimentos realizados com sacarose 25 e 50 °Brix com e sem ultrassom ... 51
4.2.1.2 Umidade em base seca dos experimentos realizados com cloreto de sódio 1 e 5% com e sem ultrassom ... 53
4.2.1.3 Umidade em base seca dos experimentos realizados com água destilada com e sem ultrassom ... 55
4.2.2 Taxas de Secagem... 57
4.2.2.1 Taxas de secagem dos experimentos realizados com sacarose 25 e 50°Brix com e sem ultrassom ... 57
4.2.2.2 Taxas de secagem dos experimentos realizados com cloreto de sódio 1 e 5% com e sem ultrassom ... 59
4.2.2.3 Taxas de secagem dos experimentos realizados com água destilada com e sem ultrassom ... 61
4.2.3 Atividade de água ... 63
4.2.3.1 Atividade de água dos experimentos realizados com sacarose 25 e 50°Brixcom e sem ultrassom ... 63
4.2.3.2 Atividade de água dos experimentos realizados com cloreto de sódio 1 e 5% com e sem ultrassom... 64
4.2.3.3 Atividade de água dos experimentos realizados com água destilada com e sem ultrassom ... 66
4.3 Difusividade efetivada água... 68
5. CONCLUSÃO ... 74
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 76
CAPÍTULO 1
1. INTRODUÇÃO
A cenoura (Daucus carota L.) está entre os vegetais mais populares do mundo devido ao seu elevado valor nutritivo e seus benefícios para a saúde humana. Ela fornece componentes valiosos e indispensáveis para o desenvolvimento e funcionamento do organismo. Apresenta elevados teores de β-caroteno e vitaminas do complexo B (como B1 e B2), sendo assim, considerada como alimento saudável e importante na nutrição humana (MARKOWKI; ZIELINSKA, 2010; VILLAMIEL et al., 2013; TIAN et al., 2013).
O Brasil é um dos principais produtores mundiais de alimentos, porém, desperdiça cerca de 12 milhões de toneladas todos os anos (LIMA, 2010). De acordo com a FAO (Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura) o desperdício com alimentos no mundo pode causar um prejuízo de cerca de 750 bilhões de dólares por ano. Além do grande impacto econômico, o desperdício de alimentos também ocasiona impactos ambientais graves (FAO, 2013).
Nos países em desenvolvimento, as grandes perdas pós-colheita na fase inicial da cadeia alimentar são o principal problema, que ocorre como resultado de limitações financeiras e estruturais ao nível das técnicas de colheita e de infraestruturas de transporte e armazenamento, além das condições climatéricas que favorecem a deterioração dos alimentos (FAO, 2013).
Neste contexto a secagem, um dos métodos mais antigos e tradicionais de conservação de alimentos, é empregado principalmente para minimizar as perdas pós-colheita aumentando a vida útil dos alimentos através da evaporação de água e consequente diminuição da atividade de água e o do teor de água. A secagem convectiva tem sido muito usada para diminuir as perdas causadas por deteriorações bioquímicas, químicas e microbiológicas de produtos alimentícios devido à redução da quantidade de água. A secagem também tem a vantagem da redução de peso e volume do produto, diminuindo os custos com o transporte e armazenamento (FELLOWS, 2006).
Visando diminuir as perdas nutricionais e sensoriais, aumentar a qualidade do produto e diminuir os custos do processo, o emprego de pré-tratamentos como desidratação osmótica e uso de ultrassom têm sido utilizados com frequência para diminuição de tempo e temperatura usadas durante a secagem (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2008; FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2009).
Os pré-tratamentos, assim como a desidratação osmótica e o ultrassom, seguidos de secagem com ar quente tem sido muito utilizados na produção de frutas e vegetais desidratados e reportado por diversos autores (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2008; FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2009; FERNANDES et al., 2009 ; EMAM-DJOMEH; SHAMAEI; MOINI, 2011; OLIVEIRA et al., 2011; RAWSON et al.,2011; NOWACKA et al., 2012; NOWACKA et al., 2012; NOWACKA et al., 2013; CHIN; KEK; YUSOF, 2013; VILLAMIEL et al., 2013) , minimizando os efeitos adversos que geralmente aparecem quando o produto é submetido à secagem por ar quente sem ter passado por nenhum processo de pré-tratamento, além de diminuir a temperatura e o tempo de secagem.
A desidratação osmótica reduz parcialmente o teor de água inicial do alimento pela imersão do mesmo em uma solução hipertônica onde ocorre a perda de água por diferença da pressão osmótica entre o produto e a solução. Neste processo a estrutura celular da fruta ou vegetal atua como uma membrana semipermeável e o alimento perde água e ganha solutos (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2008; FERNANDES et al., 2009; CHIN, KEK; YOUSEF, 2013).
Já as ondas ultrassônicas causam uma série de rápidas e alternadas compressões e expansões, de maneira semelhante a uma esponja quando a mesma é comprimida e liberada repetidas vezes (efeito esponja). Além do ultrassom produzir cavitação, que pode ser útil para remover a água fortemente ligada (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2008; OLIVEIRA et al., 2011; CHIN; KEK; YOUSEF, 2013). O efeito esponja causado pela aplicação do ultrassom pode ser responsável pela criação de microcanais em materiais sólidos, como frutas e vegetais (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2009; OLIVEIRA et al., 2011).
Desta forma, este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da desidratação osmótica e desidratação osmótica assistida por ultrassom como pré-tratamentos na
CAPÍTULO 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1Cenoura
2.1.1 Aspectos Gerais
A cenoura (Daucus carota L.) é originária do Sudoeste Asiático (região do Afeganistão) e um importante vegetal de raiz da família Apiaceae (Figura 1), cultivada em todo o mundo. A planta herbácea possui um caule pouco perceptível, situado no ponto de inserção das folhas, formadas por folíolos finamente recortados, com pecíolo longo e afilado. A parte utilizável é uma raiz tuberosa, carnuda, lisa, reta e sem ramificações, de formato cilíndrico ou cônico e de coloração alaranjada. Contém elevado teor de betacaroteno, precursor da vitamina A, sendo a cenoura considerada a melhor fonte vegetal dessa vitamina (FILGUEIRA, 2007).
(a) (b)
Figura 1(a). Folhas da planta da cenoura (b) A raiz. Fonte: Filgueira (2007)
O consumo da cenoura e de seus produtos correlatos têm crescido principalmente devido à sua atividade antioxidante e teor de betacarotenos presentes
(DEVAHASTIN; HIRANVARACHAT; SUVARNAKUTA, 2008; RAWSON et
fonte de nutrientes como compostos bioativos, carotenoides, minerais e vitaminas, que fornecem muitos benefícios para saúde e para o corpo humano (MONTILLA et al., 2013; TIAN et al., 2013; ZENG et al., 2014).
2.2Produção Nacional e Mundial
A cenoura é uma hortaliça cultivada em larga escala nas regiões Sudeste, Nordeste e Sul do Brasil, e está entre as cinco principais hortaliças cultivadas no Brasil em ordem de importância econômica, a quarta mais consumida no País e uma das mais utilizadas no mundo, sendo a principal raiz comestível. Os principais produtores são Minas Gerais, São Paulo, Paraná e Bahia (EMBRAPA, 2012).
A produção mundial de cenoura em 2010 foi de 33,6 milhões de toneladas, cultivadas em uma área de 1,16 milhões de hectares, o que proporcionou produtividade média de 28,9 t ha-1 (FAO, 2012).
2.3Valor nutricional
A cenoura (Daucus carota L.) é um dos mais importantes vegetais que crescem extensivamente em vários países, particularmente durante o inverno em regiões de clima tropical e durante o verão em países temperados (KENNEDY et al., 2010).
A cenoura está entre os vegetais mais comuns e populares do mundo devido ao seu elevado valor nutritivo (Tabela 1) e propriedades para a saúde humana. Elas provêm diversos e valiosos componentes indispensáveis para o desenvolvimento e funcionamento do corpo humano. Devido ao seu elevado conteúdo de beta-caroteno (precursor da vitamina A), vitamina C, vitaminas do complexo B tais como B1, B2, B6 e B12, ácido fólico, potássio, magnésio e pectina, eles são considerados como um dos vegetais mais saudáveis para nutrição humana (SINGH; GUPTA, 2007; AYDIN; KAYA; DEMIRTAS, 2009; MARKOWSKI; ZIELINSKA, 2010; GAMBOA-SANTOS et al., 2012; VILLAMIEL et al., 2013; TIAN et al., 2013). O beta caroteno é o precursor da vitamina A, que é convertido por humanos em vitamina A (Retinol) e reportado por prevenir câncer e doenças degenerativas (PRAKAS; JHA; DATTA, 2004; GAMBOA-SANTOS et al, 2012).
Componente Quantidade Unidade
Calorias 43,00 kcal
Lipídeos 0,19 g
Carboidratos 5,35-8,10 g
Amido 0,39-0,91 g
Pectina total 0,68-2,45 g
Fibras 1,01-2,44 g
Celulose 0,88-1,88 g
Proteínas 1,03 g
Sólidos 35,00 mg
Potássio 323,00 mg
Cálcio 27,00 mg
Ferro 0,50 mg
Zinco 0,20 mg
Vitamina A 12000 UI
Vitamina C 9,00 mg
Vitamina E 0,46 mg
Fonte: Araújo (2010).
Recentemente a cenoura tem ganhado grande reconhecimento e importância econômica devido ao seu alto valor nutricional e alta concentração de antioxidantes
naturais. Entre os vegetais, a cenoura é a principal fonte de β- caroteno fornecendo 17% de o consumo total de vitamina A (ARSCOTT; TANUMIHARDJO, 2010).
Além de β-caroteno, a cenoura é boa fonte de vários outros antioxidantes lipofílicos como licopeno e luteína. O consumo de luteína está associado com a prevenção da degeneração macular relacionada à idade e redução do risco de arterosclerose, enquanto que o consumo de licopeno é associado com redução risco de certos tipos de câncer e doenças cardiovasculares. Também é rica em antioxidantes fenólicos hidrofílicos que são conhecido por ampla gama de propriedades promotoras de saúde, tais como efeitos anticancerígenos, anti-inflamatórios e antimicrobianos (KOLEY et al., 2013).
2.4Desidratação
alimento, minimizando custos de transporte e armazenamento (FELLOWS, 2006; MARKOWSKI; ZIELINSKA, 2010).
A técnica mais comum de desidratação utilizada na indústria de alimentos é a secagem convectiva por ar aquecido, que oferece vantagens como baixo custo, baixa complexidade, produto seco mais uniforme e de melhor qualidade (GARCIA-NOGUERA ET AL., 2012; GARCIA-NOGUEIRA et al., 2010; VILLAMIEL et al., 2013).
A secagem é um processo complexo que envolve simultaneamente aplicação de calor e a remoção de água, ou seja, transferência de calor (aquecimento do produto) e massa (remoção de umidade), em que boa parte da água é eliminada, reduzindo, consequentemente, sua atividade de água que afeta o crescimento microbiano, reações enzimáticas e outras reações de origem química e física (AZEREDO, 2004; GAVA; SILVA; FRIAS, 2008). Diversos parâmetros internos e externos influenciam no comportamento de secagem. Os parâmetros externos incluem a temperatura, velocidade e umidade relativa do ar, enquanto que os parâmetros internos incluem densidade, permeabilidade, porosidade, características de sorção e dessorção e propriedades termofísicas do material a ser seco (AYDIN; KAYA; DEMIRTAS, 2009).
A secagem por ar quente envolve a exposição do produto a ser desidratado ao fluxo continuo de ar aquecido. A desidratação é um processo de preservação no qual o conteúdo de umidade é reduzido a um nível que o produto torna-se quimicamente estável (PRAKASH; JHA; DATTA, 2004).
As frutas e vegetais são geralmente sazonais e estão disponíveis em abundância em determinadas épocas do ano. Devido à oferta abundante durante a temporada, um excesso de oferta no mercado pode resultar na deterioração e perdas de grandes quantidades de produto. A preservação desses vegetais pode prevenir o enorme desperdício e disponibilizá-los no período de entressafra (PRAKASH; JHA; DATTA, 2004).
Neste contexto, a desidratação aparece como uma alternativa de reduzir os desperdícios de alimentos, facilitar o uso e diversificar a oferta de produtos de fácil utilização e com características organolépticas distintas (ORDONEZ, 2005; FELLOWS, 2006).
pré-tratamentos (KENNEDY et al., 2010; SILVA et al., 2011; OLIVEIRA et al., 2011; EMAM-DJOMEH; SHAMAEI; MOINI, 2011; MARTINEZ-NAVARRETE et al., 2012; NOWACKA et al., 2012; CHIN; KEK; YUSOF, 2013; SCHÖSSLER;THOMAS; KNORR, 2012; SINGH; HATHAN, 2013; NOWACKA, 2013; VILLAMIEL et al., 2013).
2.4.1 Transferência de calor
Segundo Ordonez (2005) o calor necessário para conseguir a evaporação da água dos alimentos, pode ser transmitido por condução, convecção e radiação, que geralmente se combinam, embora prevaleça uma delas. Os métodos de desidratação, avaliando a forma de transferência de calor e a maneira de proceder, podem ser classificados:
1. Secagem por ar quente - O produto entra em contato com a corrente de ar quente e o calor é transmitido essencialmente por convecção.
2. Secagem por contato direto com uma superfície quente - O calor é transmitido ao alimento especialmente por condução.
3. Secagem mediante o aporte de energia de fonte radiante - A transmissão de calor que prevalece é a radiação.
4. Secagem por energia eletromagnética (calefação por microondas e dielétrica) 5. Liofilização - A água dos alimentos é congelada e, em seguida, sublimada.
2.4.2 Transferência de massa
No tratamento osmótico, a transferência de massa não é caracterizada apenas pela remoção de água do material, mas também pela perda de sólidos naturais (vitaminas, sais minerais, ácidos orgânicos) e o ganho de sólidos oriundos da solução osmótica pelo alimento. As modificações físicas e químicas durante o processo provocam alterações nas propriedades macroscópicas do produto, como por exemplo, as alterações na estrutura viscoelástica do tecido, como se observa na plasticidade da estrutura da amostra após o tratamento (VALENTE, 2007).
Antes que a água evapore do alimento, podendo ser eliminada por correntes de ar quente, deve atingir a superfície do alimento (Figura 2). A água que inicialmente não se encontra na superfície do alimento move-se através dele por diferentes mecanismos (ORDONEZ, 2005), tais como:
1. Forças capilares - Logo que a água da superfície do alimento evapora, a água livre sai ao exterior por forças capilares. Esse se caracteriza como o primeiro deslocamento de água livre.
2. Difusão de líquidos - Deve-se às diferenças de concentração de solutos em diferentes regiões do alimento e do interior para o exterior das células.
3. Difusão de gases - Quando o alimento está praticamente desidratado, tanto a água ligada como a água livre pode evaporar sob a superfície e passar esse vapor através dos poros formados.
4. Difusão nas camadas líquidas adsorvidas nas interfaces do sólido.
Figura 2. Mecanismo de migração da água para superfície do alimento durante a secagem convectiva. Fonte: Fellows (2006).
2.5Curvas de secagem
Quando se deseja secar um alimento em corrente de ar que flui paralelamente à superfície de dessecação, as mudanças do conteúdo de umidade, cinética de secagem e evolução da temperatura do produto ajustam-se as curvas de secagem similares à Figura 3 (ORDONEZ, 2005). Os fenômenos de secagem para materiais biológicos não podem ser generalizados, pois estes possuem características próprias e propriedades que podem sofrer importantes alterações durante a secagem (SANTOS, 2011). De acordo com a estrutura dessas curvas, podem-se considerar os períodos a seguir:
2.5.1 Período de indução
água e na velocidade de secagem. Esse processo continua até a transferência de calor compensar exatamente a transferência de massa (LOPES, 2013).
2.5.2 Período de taxa constante
A água evaporada é a água livre, renovada por movimento capilar ou por forças capilares desde as zonas internas do alimento, e a transferência de massa e de calor são equivalentes. Assim, a velocidade de secagem é constante. Esse período é conhecido
como período de taxa constante, corresponde a região 1 da Figura 3. A taxa de secagem será constante enquanto a quantidade de água presente na superfície do produto seja
suficiente para acompanhar a evaporação. (ORDONEZ, 2005; FELLOWS, 2006).
2.5.3 Período de taxa decrescente
Neste período, a quantidade de umidade presente na superfície do produto
começa a ser escassa e a velocidade da secagem diminui. A temperatura do material
aumenta, atingindo a temperatura do ar de secagem (HAWLADER et al., 1991). A
migração interna da umidade é o mecanismo que governa esta fase. Portanto, a
característica da estrutura interna do material é um fator importante para o entendimento
deste mecanismo. Quando o teor de umidade do alimento cai além do teor crítico, a taxa
Figura 3. Gráfico representativo das curvas de secagem. Fonte: Park; Yado; Brod (2001).
2.6 Desidratação Osmótica
A desidratação osmótica é um processo que remove parcialmente a água dos alimentos quando estes são colocados em soluções concentradas de solutos solúveis. Esta técnica é efetiva a temperatura ambiente, é normalmente usada como pré-tratamento para melhorar propriedades nutricionais, sensoriais e funcionais dos alimentos (KENNEDY et al., 2010).
A secagem por ar quente produz produtos desidratados que podem ter uma vida de prateleira bem superior, mas a qualidade dos produtos secos convencionais são usualmente inferiores do que o produto original ou do que produtos que passaram por tratamentos anteriores à secagem (RAWSON et al., 2011).
vegetal, inteiro ou em pedaços, em uma solução hipertônica (salina ou açucarada) para remoção parcial da água do produto resultando em três tipos de fluxos, devido à diferença de concentração entre o agente osmótico (açúcar ou sal) e o produto. O primeiro e mais
importante é a saída de água do tecido do alimento para a solução osmótica, o segundo é a
transferência de soluto da solução osmótica para o tecido do alimento. Estes dois
fenômenos ocorrem em fluxos simultâneos e contra correntes, através das paredes celulares
do alimento. O terceiro fluxo por sua vez, consiste em uma lixiviação dos solutos naturais
do tecido do alimento (açúcares, ácidos orgânicos, minerais, vitaminas) para solução
osmótica. Esta transferência é quantitativamente insignificante quando comparada com os
dois primeiros fluxos. A força motriz para remoção de água acontece por diferença de
pressão osmótica entre o produto e a solução (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2008; FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2009).
Figura 4. Esquema ilustrativo da desidratação osmótica.
produto é submetido à secagem por ar quente, além de ser uma alternativa econômica, simples e segura para a conservação de produtos de melhor qualidade comparado aos produtos que não passaram por essa etapa de pré-tratamento.
2.7 Ultrassom
O ultrassom pode ser usado como operação de pré-tratamento para reduzir o conteúdo de água inicial ou modificar a estrutura dos tecidos de frutas e vegetais, constituindo-se uma maneira de tornar a secagem por ar aquecido mais curta. Este comportamento aumenta a taxa de transferência de massa entre a célula e o meio extracelular (NOWACKA et al., 2012).
Os principais efeitos do ultrassom em um meio líquido são atribuídos aos fenômenos de cavitação, que são emitidos a partir dos processos físicos que criam, micro bolhas de gases dissolvidos no líquido pela compressão e descompressão das moléculas que constituem o meio. O colapso da bolha de cavitação cria um aumento de temperatura e pressão elevada, o que pode acelerar a reatividade química para o meio. Este fenômeno tem encontrado inúmeras aplicações na indústria de alimentos, tais como processamento, extração, emulsificação, preservação, homogeneização, etc (FABIANO-TIXIER; PINGRET; CHEMAT, 2013).
Os efeitos do ultrassom são promissores no processamento de alimentos, preservação e segurança. Esta tecnologia tem sido utilizada como alternativa para as operações de processamento de alimentos convencionais para modificar as características texturais de produtos, efeitos de emulsificação, modificação das propriedades funcionais de diferentes proteínas alimentares, inativação ou aceleração da atividade enzimática para aumentar a vida de prateleira e qualidade dos alimentos, inativação microbiana, secagem e facilitar a extração de vários componentes bioativos dos alimentos. As vantagens da tecnologia são a versatilidade e rentabilidade para a indústria de alimentos, apesar dos esforços de pesquisas, ainda não ter sido possível projetar e desenvolver sistemas de energia ultrassônica eficientes que suportam as operações de grande porte e que pode ser adaptado a vários processos (AWAD et al., 2012).
mecanismo podem ser maior do que a tensão superficial que mantém a umidade dentro dos capilares da fruta ou do vegetal criando canais microscópicos que pode remover a umidade mais facilmente. O ultrassom produz cavitação, que pode ajudar a remover a água fortemente ligada (Figura 5). A deformação de materiais sólidos porosos, como as frutas e vegetais, causados por ondas ultrassônicas é responsável pela criação de canais microscópicos que aumenta transferência de massa (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2008; FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2009).
Figura 5. Ilustração da cavitação ocasionada por ondas ultrassônicas.
O ultrassom utilizado como pré-tratamento seguido de secagem é uma técnica muito promissora, desde que possa ser utilizado a baixas temperaturas, prevenindo a degradação dos componentes do alimento. O ultrassom também melhora os fenômenos de transferência de calor e massa durante o processo de secagem (AWAD et al., 2012).
Ultrassom como pré-tratamento ganhou muita atenção nos últimos anos como um processo não térmico para uma grande variedade de produtos alimentícios. Modificação microestrutural através de pré-tratamento ultrassônico é devido à cavitação acústica, o que resulta na estrutura da célula danificada (FERNANDES; RODRIGUES, 2008). O pré-tratamento utilizando ultrassom também pode ser combinado com outros métodos de pré-tratamento, tais como a desidratação osmótica para modificar a microestrutura dos alimentos (DEVAHASTIN; NIAMNUY; SOPONRONNARIT, 2013).
modificar a microestrutura do produto seco (DEVAHASTIN; NIAMNUY; SOPONRONNARIT, 2013).
A secagem de alimentos assistida por ultrassom tem sido alvo de diversos estudos. Pesquisas têm sido realizadas principalmente com frutas e hortaliças, como por exemplo, melão, banana, abacaxi, morango, kiwi, jambo, cranberries, sapoti, maça, goiaba, batata, cenoura, abóbora, dentre outros (FERNANDES; RODRIGUES, 2007a
;FERNANDES; RODRIGUES, 2007b; FERNANDES; GALLÃO;
CAPÍTULO 3
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Preparo das amostras
As cenouras (Daucus carota L.) foram compradas em um mercado local (Fortaleza, Brasil). As mesmas foram lavadas em água corrente, descascadas e cortadas manualmente em rodelas de 0,5 cm de espessura e 2,5 cm de diâmetro.
3.2. Pré-tratamentos
3.2.1 Desidratação osmótica
As cenouras cortadas em fatias foram pesadas individualmente (peso médio: 6 gramas), e colocadas em soluções de desidratação osmóticas de sacarose 50°Brix, sacarose 25°Brix, cloreto de sódio 5% e cloreto de sódio 1% (p/v) e foram realizados também ensaios apenas com água destilada. Todos os experimentos foram realizados em quintuplicata. A proporção solução osmótica/cenoura foi de 3:1.
3.2.2 Desidratação osmótica assistida por ultrassom
Um conjunto de cinco amostras de cenouras em rodelas foram colocadas em ultrassom imersas em soluções de desidratação osmótica (sacarose 50°Brix, sacarose 25°Brix, cloreto de sódio 5% e cloreto de sódio 1%) e água destilada nos tempos de 10, 20 e 30 minutos cada.
Os experimentos em ultrassom foram realizados em um banho ultrassônico (Unique, modelo USC – 1450 frequência de 25 kHz e 150 W de potência) e volume útil de 2,7 L, sem agitação mecânica, a uma temperatura de 30°C em frascos separados de béqueres com volume de 100 mL. A proporção solução osmótica/cenoura foi mantida 3:1. O aumento de temperatura não foi significativo (menos que 2°C) em 30 minutos de tratamento.
Tabela 2. Pré-tratamentos realizados e tempos de processamento.
Pré-tratamentos Tempo (minutos)
Desidratação osmótica com sacarose 25°Brix 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com sacarose 50°Brix 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com NaCl 1% 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com NaCl 5% 10, 20 e 30
Água destilada 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com sacarose 25°Brix (COM US) 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com sacarose 50°Brix (COM US) 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com NaCl 1% (COM US) 10, 20 e 30
Desidratação osmótica com NaCl 5% (COM US) 10, 20 e 30
Água destilada (COM US) 10, 20 e 30
Fonte: Autor (2014).
Na desidratação osmótica e na desidratação osmótica assistida por ultrassom, alguns parâmetros foram determinados para acompanhamento e avaliação do processo. Destacam-se a perda de água, ganho de sólidos e redução de peso que estão representadas abaixo nas equações 1, 2 e 3.
1. Perda de água (WL)
2. Ganho de sólidos (SG) (2)
x 100
3. Redução de Peso (WR)
(3)
4. Fração de sólidos (Xi)
5. Fração de água (Xw)
Onde,
Pi– Peso inicial do produto (g)
Pus – Peso (g) após imersão em solução osmótica e/ou solução osmótica e ultrassom (tempos:10, 20 e 30 minutos)
P24 – Peso após 24 horas em estufa (g) Xi– Fração de sólidos do produto Xf– Fração de água do produto MS– Massa seca do produto (g)
3.3. Secagem convectiva
Após a retirada das amostras das soluções osmóticas do ultrassom as mesmas foram colocadas sobre um papel absorvente para remoção do excesso de solução. As amostras foram transferidas para uma estufa (TECNAL, modelo TE-394/I) com circulação e renovação de ar forçada a uma temperatura de 60°C. As amostras de cenoura em rodelas foram colocadas individualmente na estufa, em placas de Petri e pesadas a cada 1 hora até as primeiras 12 horas. A última pesagem foi feita com 24 horas para realização dos cálculos de perda de água, ganho de sólidos, redução de peso e determinação da massa seca.
3.4. Atividade de água
A atividade de água das amostras de cenoura foram medidas em Higrômetro digital Aqualab, modelo TE (Decagon Devices Inc., EUA) antes e depois dos pré-tratamentos com desidratação osmótica e ultrassom e durante toda a secagem em estufa de circulação de ar forçada a cada hora até as primeiras 12 horas e com 24 horas.
3.5 Obtenção das curvas de secagem
As curvas de secagem da cenoura foram obtidas através da pesagem do material durante a secagem, em intervalos de 1 hora até as primeiras 12 horas do processo. Foram obtidas curvas de secagem dos experimentos realizados com desidratação osmótica assistida por ultrassom, dos experimentos submetidos apenas a desidratação osmótica e de experimentos realizados sem nenhum pré-tratamento, apenas a secagem convectiva.
Figura 6. (a) Fluxograma dos experimentos com desidratação osmótica seguida de secagem em estufa. Fonte: Autor (2014).
Lavagem, descascamento e corte
Pesagem
Pré-tratamento: desidratação osmótica
Pesagem
Secagem em estufa (60°C)
Pesagem a cada 1h até 12h
Pesagem com 24h
Tempos de Imersão: 10, 20 e 30 minutos Soluções osmóticas:
o Sacarose 25 e
50°Brix
o NaCl 1 e 5%
Figura 6. (b) Fluxograma dos experimentos realizados utilizando desidratação osmótica assistida por ultrassom seguida de secagem em estufa. Fonte: Autor (2014).
Lavagem, descascamento e corte
Pesagem
Pré-tratamento:
Desidratação osmótica + ultrassom
Pesagem
Secagem em estufa (60°C)
Pesagem a cada 1h até 12h
Pesagem com 24h
Tempos de Imersão: 10, 20 e 30 minutos Soluções osmóticas:
o Sacarose 25 e
50°Brix
o NaCl 1 e 5%
3.6Difusividade efetiva da água
Admitiu-se a transferência de massa e difusão controlada com fluxo de líquido no interior do produto em conformidade com a segunda lei de Fick da difusão. Apenas o período de queda das taxas (período de transferência de massa e difusão controlada) foi considerado, pois durante os experimentos não foi observado período de taxa constante. Sendo assim os dados experimentais foram utilizados para calcular a difusividade da água no vegetal de acordo com uma simplificação da segunda lei de Fick, considerando um longo tempo de secagem (PERRY; GREEN, 1999).
Em que, D e a difusividade efetiva da água (m2/min), H é o teor de umidade, Heq é a umidade de equilíbrio, t é o tempo (minutos), e δ a espessura do vegetal (m).
3.7Análise Estatística
Todos os experimentos foram realizados em quintuplicata, sendo calculadas a média e o desvio padrão de cada uma delas. Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância, aplicando o teste de Tukey ao nível de 95% de confiança, utilizando o programa estatístico Statistica (Statsoft) versão 7.0.
3.8Análise microscópica
A cenoura foi cortada em cubos de 0,5cm de lado para cada tratamento e fixadas em glutaraldeído 1% e paraformaldeído 4% em tampão fosfato de sódio 0,1M, pH 7,2 durante 24 horas.
do álcool por um período de uma hora. Posteriormente, as amostras foram embebidas em kit Historesina (Kit Historesin Jung - Leica).
CAPÍTULO 4
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Pré-tratamentos
4.1.1 Perda de água dos experimentos realizados com desidratação osmótica sem e
com ultrassom
A Tabela 3 apresenta os resultados referentes à perda de água (WL) dos experimentos realizados com diferentes soluções e concentrações osmóticas e água destilada em 3 tempos de imersão (10, 20 e 30 minutos) sem ultrassom e com ultrassom.
Tabela 3. Perda de água de cenouras submetidas à desidratação osmótica com e sem ultrassom em diferentes soluções, concentrações e tempos de pré-tratamento.
PERDA DE ÁGUA
Condições Tempo (minutos) WL (%)1 WL com US (%)1
Sacarose 25°Brix 10 3,60±0,32h 4,55±0,35h,i
Sacarose 25°Brix 20 4,87±0,32h,i,j 7,04±0,30o,p Sacarose 25°Brix 30 7,69±0,13k,l,m 8,80±0,60l,m,n,o Sacarose 50°Brix 10 5,41±0,11h,i,j 9,23±0,17m,n,o Sacarose 50°Brix 20 6,87±0,61j,k,l 11,79±0,23p
Sacarose 50°Brix 30 10,34±0,16o,p 14,09±0,29q
NaCl 1% 10 0,46±0,44g -0,48±0,10f,g
NaCl 1% 20 0,40±0,17g -2,41±0,18e,f
NaCl 1% 30 0,99±0,20g -2,48±0,08e,f
NaCl 5% 10 5,50±1,37i,j,k 8,00±0,49k,l,m,n
NaCl 5% 20 6,55±2,89i,j,k 8,33±0,08k,l,m,n,o
NaCl 5% 30 9,89±0,44n,o,p 8,34±0,49k,l,m,n,o
Água destilada 10 -4,30±0,08d,e -7,91±0,47a,b
Água destilada 20 -5,77±0,06c,d -8,52±0,13a,b
Água destilada 30 -6,95±0,95b,c -9,68±0,25a
1:Resultados negativos indicam ganho de água.
Quando a sacarose 25°Brix e 50°Brix foram usadas como agentes de desidratação osmótica sem e com ultrassom foi possível observar na Tabela 3 que a perda de água (WL) aumentou com o aumento do tempo de imersão. Os valores mais elevados de perda de água foram encontrados quando houve aumento da concentração de sólidos solúveis da solução de sacarose 25° Brix para 50° Brix. O maior resultado obtido de perda de água foi encontrado quando a solução osmótica de sacarose 50 ° Brix foi usada durante 30 minutos de imersão em banho ultrassônico (14,09% ± 0,29). O teste de Tukey mostrou que a perda de água, nessa condição, foi estatisticamente diferente entre os outros tratamentos realizados. Essa perda maior de água pode ser atribuída ao aumento da pressão osmótica da solução aliado ao maior tempo de tratamento em banho ultrassônico. O ultrassom causa uma série de compressões e expansões, semelhante a uma esponja quando a mesma é pressionada e desprendida repetidas vezes. Esse efeito facilita a saída de água do interior do produto (FERNANDES; GALLÃO; RODRIGUES, 2009).
Oliveira e colaboradores (2011) encontraram valores mais baixos de perda de água do jambo quando utilizaram a sacarose 50°Brix (6,15% ±0,30) como agente osmótico durante 60 minutos de imersão comparado ao reportado no presente trabalho com a mesma solução osmótica de 50°Brix (14,09%±0,29) e menor tempo de imersão (30 minutos).
Eren e Kaymak-Ertekin (2007) estudaram a otimização da desidratação osmótica de batata utilizando a metodologia de superfície de resposta. Quando a sacarose a 50 °Brix foi utilizada como solução osmótica a uma temperatura de 40°C e tempo de imersão de 254,5 minutos a perda de água foi de 43,4%. Isso possivelmente se deve ao elevado tempo de imersão combinado com a temperatura da solução.
Silva e colaboradores (2011), que estudaram a desidratação osmótica da abóbora, observaram que quando a solução de sacarose 50 °Brix foi utilizada durante 30 minutos de imersão, o vegetal apresentou perda de água de 13,27% e quando a concentração da solução passou de 50 para 65 ° Brix houve uma redução da perda de água (12,64%).
aumento do conteúdo de sólidos solúveis da solução osmótica (°Brix) e maior tempo de imersão. Foram utilizadas soluções osmóticas de 35 e 70°Brix na desidratação osmótica do abacaxi assistida por ultrassom e relataram que um maior conteúdo de água inicial (14,1%) foi perdido quando foi usada a solução osmótica de maior concentração (70°Brix) e maior tempo em ultrassom (30 minutos). Já com a solução de 35 °Brix a perda de água inicial foi menor (8,3%) durante 30 minutos em banho ultrassônico.
Singh e Hathan (2013) encontraram o resultado de perda de água da beterraba de 23,78% quando utilizaram a sacarose a 55°Brix, 120 minutos de imersão e temperatura de 30°C da solução osmótica.
Neste estudo, quando o cloreto de sódio (NaCl) na concentração de 1% foi usado como agente osmótico sem ultrassom, baixos valores de perda de água foram observados nos 3 tempos de imersão (10, 20 e 30 minutos). Isso se deve, principalmente, à baixa concentração da solução osmótica. Porém, quando a mesma solução osmótica foi usada aliada ao ultrassom houve ganho de água pelo vegetal. A baixa concentração osmótica associada ao ultrassom favoreceu a incorporação de água pelo vegetal. A perda de água foi observada quando a concentração da solução de cloreto de sódio aumentou para 5%. Comportamento semelhante foi observado por Oliveira e colaboradores (2011) ao estudarem a desidratação do jambo usando ultrassom e desidratação osmótica como pré-tratamentos. Os referidos autores observaram que a fruta submetida à solução osmótica de sacarose 25°Brix assistida por ultrassom incorporou água. Segundo os autores este resultado não é comum na desidratação osmótica e raramente é observado. A perda de água foi observada somente quando a fruta foi imersa em uma solução osmótica de 50°Brix.
O cloreto de sódio na concentração de 5% apresentou-se efetivo com relação à perda de água dos experimentos realizados, principalmente aqueles realizados com ultrassom. Segundo Azoubel e Murr (2004) a efetividade do cloreto de sódio como um ótimo agente osmótico se deve principalmente ao fato do mesmo apresentar baixo peso molecular e do seu comportamento iônico, que afeta fortemente a cinética de remoção de água.
quando o vegetal foi imerso em água destilada durante 30 minutos de processamento em banho ultrassônico (-9,68%±0,25) e a mesma condição realizada sem ultrassom (-6,95% ± 0,95) apresentaram diferença estatística com relação às outras condições de tratamento de acordo com o teste de Tukey ao nível de 5% de significância.
Chin, Kek e Yusof (2013) encontraram comportamentos semelhantes ao estudarem o efeito da pré-secagem osmótica assistida por ultrassom (banho) e o ultrassom de ponteira na secagem convectiva de goiabas em fatias. Os autores observaram que as goiabas imersas em água destilada apresentaram um ganho de água, mas quando soluções de 35 e 70°Brix eram usadas as amostras de goiabas perdiam água. O aumento da concentração da solução osmótica resultou em uma maior da perda de água do produto, devido à elevação da concentração do gradiente entre os sólidos solúveis do produto e a solução osmótica.
Garcia-Noguera e colaboradores (2010) estudaram a desidratação osmótica assistida por ultrassom de morangos. Os pesquisadores mostraram comportamento semelhante ao encontrado no presente trabalho. Os morangos pré-tratados com água destilada ganharam umidade, enquanto morangos submetidos à desidratação osmótica assistida por ultrassom com soluções de sacarose 25 e 50°Brix perderam água para a solução. Os resultados mostraram um aumento da perda de água com o aumento da concentração da solução osmótica, que já era esperado, devido ao aumento do gradiente entre a concentração de sólidos solúveis no fruto e na solução osmótica.
Em resumo, comparando os resultados obtidos com desidratação osmótica e com desidratação osmótica assistida por ultrassom a perda de água foi bem mais efetiva para a maioria de experimentos realizados em banho ultrassônico. Isso provavelmente se deve ao efeito esponja causado pelo ultrassom, que facilita a saída de água do interior do produto.
4.1.2 Ganho de sólidos dos experimentos realizados com desidratação osmótica sem e
com ultrassom
Tabela 4. Ganho de sólidos da cenoura submetida a desidratação osmótica com e sem ultrassom em diferentes soluções, concentrações e tempos de tratamento.
GANHO DE SÓLIDOS
Condições Tempo (min) SG (%)2 SG com US(%)2
Sacarose 25°Brix 10 5,07±1,11d 10,71±2,49e,f,g
Sacarose 25°Brix 20 6,22±0,64d,e,f 5,43±1,63d,e
Sacarose 25°Brix 30 11,29±0,97f,g,h 17,09±0,84j,k,l
Sacarose 50°Brix 10 10,82±2,43f,g 13,74±2,33g,h,i,j
Sacarose 50°Brix 20 13,28±0,58g,h,i 14,14±2,60g,h,i,j Sacarose 50°Brix 30 16,15±0,68h,i,j,k 21,07±1,78k,l,m
NaCl 1% 10 13,74±2,42g,h,i,j -0,67±0,13c
NaCl 1% 20 16,82±0,58i,j,k -3,27±0,19c
NaCl 1% 30 23,65±0,96l,m -2,82±0,55c
NaCl 5% 10 19,94±0,70k,l 4,81±1,71d
NaCl 5% 20 29,71±3,18n 4,76±0,85d
NaCl 5% 30 25,39±1,69m,n 9,42±1,27d,e,f,g
Água destilada 10 -2,56±0,29c -2,33±0,50c
Água destilada 20 -8,51±0,08b -1,96±0,48c
Água destilada 30 -15,13±2,94a -2,88±0,62c
2: Resultados negativos indicam perda de sólidos.
Médias seguidas por letras iguais não diferem significativamente entre si de acordo com o Teste de Tukey ao nível de 5%.
Com relação ao ganho de sólidos podemos observar na Tabela 4 que quando a sacarose 25 e 50° Brix foram utilizadas como agente osmótico sem ultrassom ocorreu um aumento do ganho de sólidos com o aumento do tempo de imersão do vegetal na solução.
Oliveira e colaboradores (2011) encontraram valor de ganho de sólidos no jambo semelhante utilizando a sacarose 25°Brix durante 60 minutos de imersão em ultrassom (20,27%±1,01), aos obtidos no presente trabalho quando a sacarose 25°Brix foi usada como agente osmótico, porém, durante um tempo inferior (30 minutos) de imersão do vegetal em ultrassom (17,09%±0,84).
Eren e Kaymak-Ertekin (2007) estudaram a otimização da desidratação osmótica de batata utilizando a metodologia de superfície de resposta. Quando a sacarose na concentração de 50 °Brix foi utilizada como meio líquido a uma temperatura de 40°C e tempo de imersão de 254,5 minutos o ganho de sólidos foi de 5,1%.
Silva e colaboradores (2011) apresentaram resultados de ganho de sólidos de 11,69% e 14, 64% quando a abóbora foi imersa durante 30 minutos em sacarose 50 e 65 ° Brix, respectivamente. Eles apresentaram resultados com comportamentos semelhantes ao presente trabalho. Segundo os autores, os ganhos de sólidos mais altos do que a perda de água foi observado pelas amostras, especialmente aqueles vegetais submetidos às soluções osmóticas de sacarose 50 °Brix. Esse fato pode ser atribuído a baixa seletividade do tecido do vegetal.
Quando o NaCl 1% foi usado sem ultrassom, o ganho de sólidos aumentou com o aumento do tempo de imersão (13,74% ± 2,42, 16,82% ± 0,58 e 23,65% ± 0,96, respectivamente). Quando o NaCl 5% foi usado como solução de imersão sem ultrassom, resultados maiores de ganho de sólidos foram observados nos tempos estudados (10, 20 e 30 minutos). O maior resultado de ganho de sólidos foi obtido quando o cloreto de sódio 5% foi usado como solução osmótica durante 20 minutos de imersão (29, 71% ± 3,18). O teste de Tukey mostrou que este resultado foi estatisticamente diferente entre as outras condições estudadas.
Comparando-se os agentes osmóticos, pode-se observar que resultados superiores de ganho de sólidos foram obtidos quando o cloreto de sódio foi usado sem ultrassom. O cloreto de sódio por apresentar baixo peso molecular penetra mais facilmente no interior do vegetal.
Na Tabela 4 o ganho de sólidos aumentou com o aumento do tempo de processamento quando a sacarose 25 e 50°Brix foram utilizadas como agente osmótico sem ultrassom. No entanto, o ganho de sólidos foi inferior quando a sacarose foi usada como meio de imersão quando comparado ao cloreto de sódio. Isso pode ser atribuído devido ao alto peso molecular da sacarose dificultando a incorporação de sólidos pelo vegetal, quando comparada ao cloreto de sódio.
Oliveira e colaboradores (2011) encontraram valores elevados de ganho de sólidos para o jambo submetido a solução osmótica de sacarose 25°Brix (62,83% ±3,14) e sacarose 50°Brix (101,04% ± 5,05) durante 60 minutos em ultrassom. No presente trabalho os valores encontrados para ganho de sólidos foram menores. Isso pode ser explicado pelo fato do menor tempo em ultrassom (30 minutos) utilizado e do material em estudo ser uma raiz, apresentando tecido mais firme e compacto, quando comparado a uma fruta (em anexo as micrografias das amostras de cenoura).
Araújo (2010) estudou a desidratação osmótica da cenoura em fatias e quando a sacarose na concentração de 50°Brix foi utilizada a 50°C durante 60 minutos de imersão o ganho de sólidos encontrado foi 14,94%. Valores bem próximos ao que foi apresentado na Tabela 4 quando a mesma solução osmótica foi utilizada, porém em tempos de imersão inferiores (10 e 20 minutos) e em temperatura ambiente.
Singh e Hathan (2013) estudaram a otimização do processo de desidratação osmótica da beterraba em solução de açúcar usando a metodologia de superfície de resposta. Quando a sacarose foi utilizada na concentração de 55 °Brix, temperatura da solução de 30°C e tempo de imersão de 120 minutos o ganho de sólidos foi de 5,09%. Resultado semelhante de ganho de sólidos foi encontrado no presente trabalho (5,07% ± 1,11) utilizando solução de sacarose menos concentrada (25 °Brix) e menor tempo de imersão (10 minutos).
Garcia-Noguera e colaboradores (2010) constataram que o ganho de sólidos diminuiu com o tempo de processamento em ultrassom quando a sacarose 25°Brix foi utilizada como meio liquido em morangos. No tempo de 10 minutos o resultado encontrado para ganho de sólidos foi de 33,8% ±3,2. Em 20 minutos de tratamento o resultado diminuiu para 26,2%±2,5 e com 30 minutos foi encontrado 10,4% ±3,0.
Kennedy e colaboradores (2010), estudaram o processo de desidratação osmótica de cubos de cenouras em soluções de cloreto de sódio com sacarose em diferentes concentrações. Quando a sacarose 50° Brix foi utilizada com 5 % de cloreto de sódio, durante 120 e 240 minutos de imersão a uma temperatura de 35 °C, o ganho de sólidos foi de 10,20% e 13,38%, respectivamente. No presente trabalho, resultados semelhantes foram encontrados quando a sacarose 50 °Brix foi usada em 10, 20 e 30 minutos de imersão (10,82% ±2,43, 13,28% ±0,58 e 16, 15% ± 0,68, respectivamente).
experimentos realizados com ultrassom (-2,33% ± 0,50, -1,96% ± 0,48 e -2,88% ± 0,62, respectivamente).
Garcia-Nogueira (2009) relatou perdas de sólidos solúveis em morangos, de aproximadamente 10% do peso inicial do fruto quando estes foram imersos água destilada e submetidos ao ultrassom como pré-tratamento durante 45 min.
Fazendo um comparativo dos resultados de ganho de sólidos realizados sem ultrassom e com ultrassom foi possível observar maiores ganhos de sólidos solúveis com a maioria dos experimentos submetidos à desidratação osmótica (utilizando o cloreto de sódio como agente osmótico) sem ultrassom. Lembrando que, o alto ganho de sólidos não é muito desejável, pois pode conferir sabor intenso ou até indesejável ao produto. Logo, os experimentos realizados com ultrassom foram mais favoráveis, apresentando valores intermediários de ganho de sólidos.
4.1.3 Redução de peso dos experimentos realizados com desidratação osmótica sem e
com ultrassom
Tabela 5. Redução de peso da cenoura submetida à desidratação osmótica em diferentes soluções, concentrações e tempos de tratamento.
REDUÇÃO DE PESO
Condições Tempo (min) WR (%)3 WR com US (%)3
Sacarose 25°Brix 10 2,71±0,53h 4,84±0,38i,j
Sacarose 25°Brix 20 4,28±0,07h,i,j 6,59±0,17n
Sacarose 25°Brix 30 6,64±0,29k,l 7,74±0,12l,m
Sacarose 50°Brix 10 4,24±0,31h,i,j 7,00±0,61k,l
Sacarose 50°Brix 20 5,82±0,32j,k 10,52±0,29n,o
Sacarose 50°Brix 30 9,23±0,36m,n 11,72±0,15o
NaCl 1% 10 -0,84±0,24f,g -0,32±0,11g
NaCl 1% 20 -1,32±0,26f,g -2,02±0,17f,g
NaCl 1% 30 -1,52±0,31f,g -2,33±0,14e,f
NaCl 5% 10 3,22±0,56h,i 7,43±0,54k,l
NaCl 5% 20 3,53±2,12h 7,79±0,04l,m
NaCl 5% 30 6,94±0,65k,l 7,63±0,47l,m
Água destilada 10 -3,91±0,29d,e -7,60±0,47b,c
Água destilada 20 -4,45±0,41d -8,30±0,09a,b
Água destilada 30 -6,46±1,43c -9,39±0,32a
3: Resultados negativos indicam aumento de peso
Médias seguidas por letras iguais não diferem significativamente entre si de acordo com o Teste de Tukey ao nível de 5%.
O peso diminuiu com o aumento do tempo de imersão quando a sacarose 25° e 50 °Brix e o cloreto de sódio 5% foram usados como agentes osmóticos sem ultrassom e com ultrassom. Maiores valores de redução de peso foram encontrados com os experimentos realizados com ultrassom. As mesmas condições estudadas que apresentaram elevada redução de peso, também apresentaram maiores resultados em perda de água inicial do vegetal.
Singh e Hathan (2013) apresentaram valores superiores de redução de peso para beterraba quando utilizaram a sacarose 55 °Brix durante 120 minutos de imersão (18,69%) e também durante os outros tempos de imersão (180 e 240 minutos), diversas concentrações de sacarose (55, 65 e 75 °Brix) e temperaturas variadas de soluções osmóticas (30, 45 e 60 °C). Tal fato, possivelmente se deve aos elevados tempos de imersão combinados com soluções osmóticas com altas concentrações e temperaturas favorecendo uma maior redução no peso do vegetal.
produto, que também apresentou maior resultado nessa mesma condição de processamento.
Nowacka e colaboradores (2012) estudaram a secagem da maçã assistida por ultrassom. A utilização de ultrassom como um pré – tratamento resultou na perda de peso de cubos de maçã. Após 30 minutos de tratamento em ultrassom a perda de peso foi menor (0,8% ± 0,37), e maior perda de peso foi encontrada para amostras submetidas durante tempos mais curtos em ultrassom. As amostras submetidas ao ultrassom durante 10 e 20 minutos perderam 2,3% ± 0,08 e 3,0% ± 0,19 do peso respectivamente. Provavelmente durante o longo tempo de imersão na água, ocorreu a penetração de água no interior do material.
Quando o NaCl 1% foi usado como agente osmótico houve ganho de peso nos 3 tempos estudados tanto com experimentos realizados sem ultrassom quanto com ultrassom. Maiores ganhos de peso quando o cloreto de sódio 1% foi usado como meio de imersão foram observados com os experimentos realizados com ultrassom. Isso pode ser devido aos resultados de ganho de água apresentados na Tabela 3. O ganho de peso aumentou com o aumento do tempo de processamento nas duas condições estudadas (com e sem ultrassom).
4.2 Curvas de Secagem
4.2.1 Umidade em base seca
4.2.1.1Umidade em base seca dos experimentos realizados com saca rose 25 e 50 °Brix
com e sem ultrassom
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 10 U b s - % - (Sa c 2 5 e 5 0 °Bri x SEM U S)
Tempo (horas)
sac25t20 sac50t10 sac50t20 controle
Figura 7. Gráfico de umidade em base seca - Ubs (Sac 25 e 50°Brix –sem US e controle).
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0 2 4 6 8 10 12 U b s - % - (Sa c. 2 5 e 5 0 °Bri x U S) Tempo (horas) sac25us20 sac50us20 sac50us30 controle
Figura 8. Gráfico de umidade em base seca - Ubs (Sac 25 e 50°Brix –com US e controle).
Na Figura 8 foi possível observar que o experimento realizado com sacarose 50°Brix e 30 minutos em ultrassom apresentou um valor menor de umidade em base seca com relação a todos os outros experimentos submetidos aos pré-tratamentos de desidratação osmótica e ultrassom. Isso pode ser explicado devido ao fato que a desidratação osmótica assistida por ultrassom através da remoção de água por diferença de gradiente de concentração, no qual a transferência de massa provoca a diminuição do conteúdo de água reduzindo o conteúdo de umidade inicial e consequentemente diminuindo o tempo de secagem. Segundo Fernandes, Gallão e Rodrigues (2009) o ultrassom causa o efeito esponja, além de produzir a cavitação, que pode ser útil para remover a umidade fortemente ligada.
Comparando os dois gráficos foi possível observar que os experimentos realizados com desidratação osmótica assistida por ultrassom apresentaram valores mais baixos de umidade em base seca. O experimento que apresentou menor umidade em base seca inicial na Figura 8 foi o ensaio com a sacarose 50°Brix durante 30 minutos em ultrassom. Isso pode ser explicado devido à diferença do gradiente de concentração maior ocasionando uma maior redução. De acordo com o comportamento ilustrado na Figura 8 a cenoura desidratada osmoticamente com sacarose 50°Brix durante 30 minutos em ultrassom foi submetida ao processo de secagem com menor teor de umidade (aproximadamente 40% a menos de água) quando comparada com o experimento controle.
Araújo (2010) apresentou resultados próximos em seu estudo com desidratação osmótica de cenoura em fatias. As mesmas apresentaram aproximadamente 36% a menos de água comparada com a cenoura sem tratamento osmótico. Resultados próximos foram obtidos no presente trabalho nos ensaios com sacarose 25°Brix e 20 minutos de ultrassom e sacarose 50°Brix e 20 minutos de ultrassom.
4.2.1.2Umidade em base seca dos experimentos realizados com cloreto de sódio 1 e 5%
com e sem ultrassom
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 10 U b s - % - (N a C l 1 e 5 % se m U S) Tempo (horas) NaCl1t20 NaCl5t10 NaCl5t20 controle
Figura 09. Gráfico de umidade em base seca - Ubs (NaCl 1 e 5% –sem US e controle).
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 10 U b s - % -(N a C l 1 e 5 % U S) Tempo (horas) NaCl1us20 NaCl5us20 NaCl5us30 controle
Figura 10. Gráfico de Umidade em base seca - Ubs (NaCl 1 e 5% -com US e controle)
Na Figura 9, quando o cloreto de sódio 1 e 5% foram utilizados como agentes osmóticos sem ultrassom, apresentaram resultados mais baixos de umidade em base seca, quando comparamos com o tempo de 30 minutos.
