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TÍTULO: SECAGEM DE POLPA DE ABACATE EM SPRAY DRYER COM APROVEITAMENTO DO CAROÇO
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
SUBÁREA: Engenharias
INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DO INSTITUTO MAUÁ DE TECNOLOGIA - CEUN-IMT
AUTOR(ES): GABRIELLA PEREIRA DE MORAES CAVALCANTI, LUCAS ANDRADE MELCHIORI, MARIANA BORGES QUEZADAS, ISADORA BARRETO COUTINHO
1. Resumo
O abacate é um fruto altamente perecível sob condições ambiente, sendo necessário aplicar técnicas de conservação para o seu armazenamento prolongado. Uma destas técnicas é a secagem. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de secagem de polpa de abacate em spray dryer utilizando o caroço do fruto na forma de farinha, como adjuvante. A influência da concentração de adjuvante e da temperatura do ar de saída sobre a eficiência do processo e umidade do pó foi avaliada por meio de planejamento fatorial. A melhor condição de secagem foi obtida com temperatura de 110 °C e 3 % de farinha de caroço, com eficiência global de 49,70 % e um pó com baixa atividade de água (0,285) e baixa umidade global (1,25 %, b.u.). Logo, pode-se afirmar que a utilização do caroço como adjuvante de secagem auxiliou na eficiência do processo.
2. Introdução
O abacate é um fruto climatérico, sendo altamente perecível sob condições ambientes (BOWER e CUTTING, 1988). Desta forma, o controle de seu amadurecimento é fundamental para o aumento da vida útil no período pós-colheita (KLUGE et al., 2002), sendo a refrigeração o método mais utilizado. Entretanto, no Brasil o abacate é comercializado sem refrigeração, logo há a necessidade de estudar outros métodos como a secagem (BOWERE CUTTING, 1988; DING et al., 2007).
Ao se reduzir o conteúdo de água do fruto, este se torna compacto, aumentando sua vida de prateleira. Além disso, há uma redução da atividade de água, evitando o crescimento microbiano (MACHADO et al., 2012).
O secador spray dryer é um equipamento utilizado para secar vários tipos de alimentos semilíquidos, podendo alcançar grandes taxas de produção em processo contínuo com baixo tempo de retenção comparada com outros tipos de secagem (CRAPISTE et al., 1997; GREENWALDet al., 1981).
3. Objetivos
O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de secagem da polpa de abacate em spray dryer utilizando o caroço do fruto na forma de farinha, como adjuvante, de modo a agregar valor a este resíduo. Além disso, foi avaliada a influência das variáveis operacionais na eficiência do processo e na qualidade do produto.
Preparo da farinha do caroço de abacate
Primeiramente, os caroços de abacate foram triturados em um triturador de coco verde (Trapp, TRC 40), sendo posteriormente triturados e, em seguida, secos em estufa com circulação de ar (Ma 037, Marconi), a 60 °C até a obtenção de uma umidade máxima de 11 % (base úmida) (BARBOSA-MARTIN et al., 2016; CHEL-GUERRERO, 2016; GUIMARÃES E CAPOBIANGO, 2017; NASCIMENTO et al., 2016). Posteriormente, os caroços foram fragmentados em partículas menores, com o auxílio de um moinho de facas (Splabor, 26934), sendo a moagem realizada quatro vezes. Por fim, utilizou-se uma peneira de mesh 48 para que partículas fossem dispersas na pasta.
Preparo da pasta de secagem
A pasta de secagem é composta pela polpa do abacate, água e farinha do caroço. Misturou-se a polpa com água destilada (20 % m/m) e farinha do caroço, e a homogeneizou-se com o auxílio de um liquidificador.
Secagem em spray dryer
Os ensaios foram realizados em secador por atomização (spray dryer) de disco rotativo Tecnape (Piracicaba, SP), construído em aço inoxidável AISI 304 (Imazepre, Batatais, SP). Detalhes do equipamento são reportados por Triboli (2014).
5. Desenvolvimento
Planejamento experimental
Os ensaios de secagem foram realizados de acordo com um planejamento fatorial 2² com triplicata no ponto central, pelo qual foi possível estudar o efeito da temperatura do ar de saída (Tsaída) e da concentração de farinha de caroço na pasta
de secagem (C) sobre a umidade global do produto (U) e a eficiência global de secagem (η). Na Tabela 1 é apresentada a matriz de planejamento fatorial completo 22. O estudo do efeito das variáveis de entrada sobre as respostas foi realizado com auxílio do software Statistica® 8.0, considerando nível de confiança de 95 %.
Tabela 1: Variáveis operacionais e níveis do planejamento experimental 22 Variáveis reais Variáveis codificadas Níveis
-1 0 1
Tsaída (°C) X1 90 100 110
As variáveis operacionais fixadas nos ensaios foram a massa de pasta alimentada (5 kg), a temperatura do ar de entrada (150 °C), a depressão na câmara (-50 mmCA) e a rotação do disco atomizador (30.000 rpm).
Caracterização físico-química das pastas de secagem e dos pós
Umidade: Para a obtenção da umidade (em base úmida) da pasta e dos pós, utilizou-se um analisador de umidade com aquecimento por lâmpada de halogênio (Shimadzu, MOC63). Adotou-se o método do suco de laranja para a pasta, enquanto para os pós utilizou-se o método da manga seca, com as condições apresentadas naTabela 2.
Tabela 2: Medidas para os pós de secagem utilizando o analisador de umidade
Modo de Medição Amostra
Suco de Laranja Manga Seca
Quantidade da amostra (g) 1 5
Condições finais AUTO AUTO
Condições finais (% ou min) 0,05 % 0,05 %
Temperatura (ºC) 140 120
Tempo de medição (min) 10:09 28:27
Umidade (%) 88,89 6,62
CV (%) 0,09 12,10
Fonte: Shimadzu Corporation (2015).
Nota: CV - Coeficiente de Variação (desvio padrão dividido pela média, multiplicado por 100 para ser representado em porcentagem).
Eficiência de secagem (η): A eficiência do processo foi calculada pela Equação (1), por meio da massa seca (ms), a qual foi calculada com auxílio da Equação (2), que
depende da massa de pasta alimentada (mf) e da umidade em base úmida (Xbu) da
amostra.
𝜂 = 𝑚𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠
𝑚𝑠 𝑝𝑎𝑠𝑡𝑎 (1)
𝑚𝑠 = 𝑚𝑓 1 − 𝑋𝑏𝑢
100 (2)
Cor: A cor das amostras foi obtida com o auxílio de um colorímetro triestímulo (Color Quest XE Hunter Lab Inc., Color Quest XE, Reston, VA, EUA). Este equipamento possui leitura direta de reflectância das três coordenadas, o CIELAB (espaço L* a* b*). A diferença Euclidiana (ΔE*), a qual representa a diferença entre a cor do produto e do padrão, foi calculado por meio da Equação (3), sendo esta dependente dos parâmetros L*, a* e b*, da pasta e dos pós obtidos. Sendo que os parâmetros
L*0, a*0 e b*0 são de referência (padrões), e no caso, pertencem à pasta de cada ensaio. ∆𝐸 ∗ = (𝐿∗− 𝐿 0 ∗)2+ (𝑎∗− 𝑎 0∗)2(𝑏∗− 𝑏0∗)2 (3)
Atividade de água: Esta análise foi realizada em um medidor de atividade de água, modelo Aqualab e marca Decagon Inc (Pullman, Washington, EUA).
Fluidez: A fluidez foi determinada com o auxílio do equipamento Auto-tap (TAP-2S Tap Density Tester, Logan Instruments Corp.) (PHARMACOPEIA, 2014).
Com os valores das densidades, aparente aerada (ρB) e máxima de empacotamento
(ρC), foram obtidos os índices de Hausner (HR) e de Carr (ICarr), por meio da
Equação (4) e Equação (5), respectivamente, as quais dependem do volume lido inicialmente (Vbulk) e do volume após empacotamento (Vc).
𝐼𝐻 = 𝜌𝑐 𝜌𝑏 = 𝑉𝑏𝑢𝑙𝑘 𝑉𝑐 (4) 𝐼𝐶 = 100 (𝜌𝑐 − 𝜌𝑏) 𝜌𝑐 = 100 (𝑉𝑏𝑢𝑙𝑘 − 𝑉𝑐) 𝑉𝑏 (5)
O nível de fluidez do pó, de acordo com o Índice de Carr, foi determinado com auxílio da Tabela 4 (TURCHIULI et al., 2005).
Tabela 4: Relação entre o Índice de Carr e o Nível de Fluidez Índice de Carr Nível de Fluidez
ICarr < 15 Escoa livremente
15 < ICarr < 20 Bom escoamento
20 < ICarr < 35 Moderado
35 < ICarr < 45 Coesivo
ICarr > 45 Muito coesivo
Fonte: Adaptado de Turchiuli et al. (2005).
A relação entre o índice de Hausner e o nível de fluidez é que quando HR é maior do que 1,4 o nível de fluidez é coesivo, quando está na faixa entre 1,2 e 1,4, possui fluidez intermediária e se for inferior a 1,2 escoa livremente (TURCHIULI et al., 2005).
6. Resultados
Na secagem em spray dryer, pode-se obter três produtos diferentes: da câmara de secagem, do ciclone e da raspagem da câmara. Porém, nos ensaios de secagem da pasta de abacate não se obteve pó do ciclone. Portanto, os pós obtidos na raspagem e na câmara foram considerados como produto neste trabalho.
Os ensaios de secagem foram realizados seguindo a matriz de planejamento. Os valores de temperatura de saída (°C) e concentração (% m/m) estão apresentados na Tabela 5.
Os resultados do processo de secagem, que são a umidade (Xbu) e as
eficiências de secagem (η), globais, ou seja, da mistura dos dois produtos obtidos, estão apresentados, também, na Tabela 5. A umidade relativa do ar, nos dias dos ensaios do planejamento experimental, variou entre 56,5 % e 91,1 %, e a umidade da pasta de abacate dos ensaios obteve variação de 79,42 % até 88,09 %.
Tabela 5: Umidade e eficiência globais dos produtos Ensaios Variáveis codificadas Xbu (%) η (%)
Tsaída (°C) C (% m/m) 1 90 0 2,15 ± 0,19 37,75 2 90 3 2,32 ± 0,20 32,04 3 110 0 1,50 ± 0,13 44,29 4 110 3 1,25 ± 0,06 49,70 5 100 1,5 2,83 ± 0,15 35,53 6 100 1,5 1,19 ± 0,15 33,61 7 100 1,5 1,11 ± 0,15 37,82
Analisando, os resultados da Tabela 5, é possível perceber que a eficiência global diminuiu com a adição de caroço para a temperatura de 90 °C, enquanto que para 110 °C, houve um aumento da eficiência global. Para ambas as concentrações de farinha de caroço (0 % e 3 %), o aumento da temperatura resultou em maior eficiência global de secagem. Estas variações podem ser melhores analisadas pela Figura 2.
Figura 2: Gráfico de superfície de resposta para a eficiência global
Fonte: Statistica® 8.0 (2019).
Estrada et al. (2017), obtiveram resultados de eficiência entre 33,9 % e 58,6 % na secagem de abacate com maltodextrina e goma arábica como adjuvantes em spray dryer, sendo estes similares aos obtidos no presente estudo.
Portanto o efeito da temperatura do ar de saída foi significativo e positivo para a resposta eficiência global, o que pode ser observado pelo gráfico de Pareto (Figura 3 (a)). Observa-se ainda que o valor do efeito da temperatura do ar de saída foi positivo, indicando que quanto maior a temperatura, maior será também a eficiência global de secagem.
Figura 3: Gráfico de Pareto - eficiência (a) e umidades (b) globais
(a) (b)
Fonte: Statistica® 8.0 (2019).
No que se refere às umidades (Tabela 5), verifica-se que estas estão muito abaixo do valor máximo de 15,0 % como recomendado pela ANVISA (2005). Marulanda et al. (2018) obtiveram uma faixa de umidade de 0,9 % a 3,0 % na secagem de abacate com maltodextrina, como adjuvante, por spray drying, sendo estes resultados similares aos obtidos neste estudo (1,11 % a 2,83 %).
-,041204 -,216322 -,885892 p=,05 Efeitos padronizados C 1*2 Tsaida -,885892
Além disso, observa-se que o aumento da concentração de caroço na pasta de secagem, com uma temperatura de saída de 110 °C, resultou em pós com menor umidade. Logo, a umidade global não foi influenciada pelas variáveis de processo, de acordo com o gráfico de Pareto (Figura 3 (b)).
Caracterização dos pós
Com base na atividade de água dos pós obtidos, entre 0,216 e 0,461 observa-se que os valores foram similares para todas as condições estudadas. A atividade de água não obteve efeito significativo em relação às duas variáveis de processo. Porém, nesta faixa a capacidade de crescimento de microrganismos e de reações indesejadas é baixa (Aw < 0,60), de acordo com Ribeiro e Seravalli (2004).
De acordo com os resultados de cor na ausência de farinha de caroço, a luminosidade dos produtos é maior, indicando que a adição de caroço acarretou escurecimento. Apesar das diferenças nos valores do parâmetro L*, os pós obtidos em todas as condições podem ser considerados claros.
Os pós obtidos com a adição de caroço apresentaram valores positivos de a*, ou seja, estão na região do vermelho e quanto maior a quantidade de caroço, maior sua intensidade. Já, os pós sem a adição de caroço estão na região do verde, uma vez que obtiveram valores negativos na coordenada a*.
Estrada et al. (2017) e Marulanda et al. (2018) obtiveram valores para o parâmetro L* de 61,8 a 69,7, e 71,1 a 79,4, respectivamente, similares aos obtidos no presente estudo (66,1 a 78,6). Os parâmetros a* obtidos também foram negativos como os sem a adição da farinha. Por fim, obtiveram faixas do parâmetro b* entre 24,2 a 30,2, e 24,0 a 34,5, enquanto a faixa do presente trabalho é de 29,1 a 32,9.
Tabela 6: Parâmetros cromáticos globais dos pós e variação de tonalidade total da amostra Ensaios L* a* b* ΔE* 1 78,6 ± 0,5 -4,5 ± 0,1 32,9 ± 0,3 12,67 ± 0,50 2 66,1 ± 0,2 7,9 ± 0,2 29,2 ± 0,2 16,52 ± 0,22 3 76,9 ± 0,6 -0,6 ± 0,1 30,6 ± 0,7 12,73 ± 0,41 4 66,8 ± 0,3 8,6 ± 0,1 26,1 ± 0,2 15,82 ± 0,29 5 67,0 ± 0,2 5,8 ± 0,1 29,2 ± 0,2 11,00 ± 0,26 6 70,1 ± 0,5 2,8 ± 0,1 32,4 ± 0,7 13,51 ± 0,63 7 72,6 ± 0,3 3,1 ± 0,1 29,1 ± 0,4 12,04 ± 0,12
De acordo com a Tabela 6, pode-se afirmar que houve maior variação do ΔE*, ou sejam da tonalidade, nos ensaios 2 e 4, devido à adição de 3 % de caroço na polpa.
Estes resultados de cor eram esperados, uma vez que nos ensaios notou-se, visualmente, que os produtos sem caroço eram esverdeados, enquanto com a adição de caroço as amostras ficavam com uma coloração amarronzada, como pode ser observado na Figura 4, a qual apresenta pós da raspagem da câmara obtidos dos ensaios 1, 4 e 8.
O pó da raspagem teve o mesmo comportamento do pó proveniente da câmara de secagem e, por ter sido obtido em maior quantidade em todos os ensaios, utilizou-se os resultados de fluidez deste pó, conforme consta naTabela 7.
Figura 4: Pós da raspagem sem caroço, com 1,5 % e 3 % de caroço
Verificou-se que os pós obtidos em todas as condições operacionais apresentaram fluidez moderada. Esse resultado indica que o material particulado possui certa dificuldade em escoar. Em relação ao índice de Hausner (HR), exceto pelo ensaio 3, todos os pós apresentaram comportamento coesivo.
Tabela 7: Fluidez do pó da raspagem da câmara de secagem Ensaios ICarr (%) HR Nf (ICarr) Nf (HR)
1 28,79 ± 0,64 1,40 ± 0,01 Moderado Coesivo 2 31,67 ± 0,47 1,46 ± 0,01 Moderado Coesivo 3 27,12 ± 8,05 1,38 ± 0,15 Moderado Intermediário 4 33,91 ± 3,73 1,52 ± 0,09 Moderado Coesivo 5 29,19 ± 0,96 1,42 ± 0,08 Moderado Coesivo 6 30,44 ± 1,08 1,44 ± 0,02 Moderado Coesivo 7 34,89 ± 1,40 1,54 ± 0,03 Moderado Coesivo
Dantas et al. (2018) obtiveram valores de HR entre 1,52 e 1,85, ou seja, para todos os ensaios os pós, são coesivos. Os autores relataram que esse resultado é devido ao alto teor de gordura na superfície das partículas, o que gera uma tendência das partículas se aglomerarem. Entretanto, os valores de índices de todos os ensaios estão muito próximos, e com um desvio padrão que leva a afirmar
que não há diferença entre a fluidez dos pós. Logo, a farinha de caroço e a temperatura de saída não exerceram efeito sobre o escoamento das partículas.
7. Considerações Finais
A secagem de polpa de abacate em um spray dryer foi possível sem e com a utilização de farinha de caroço como adjuvante. Os resultados mostram o potencial de utilização da farinha de caroço de abacate como um agente adjuvante na secagem.
Dentro do domínio experimental estudado, a melhor eficiência global (49,70 %) e a segunda menor atividade de água (0,285) foram obtidas com temperatura do ar de saída de 110 °C e 3 % de farinha (ensaio 4), sendo que sua umidade global mostrou que pode ser considerado como farinha.
8. Fontes Consultadas
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