Maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa): cinética da secagem
artificial e natural da casca
Yellow passion fruit (Passiflora edulis f. Flavicarpa): kinetics of artificial and
natural drying of the peel
DOI:10.34117/bjdv5n11-043
Recebimento dos originais: 22/10/2019 Aceitação para publicação: 05/11/2019
Hevelynn Franco Martins
Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia (PPGBiotec) e Engenheira de Alimentos pela Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS). Especialista em Gestão da
Qualidade e Processos pela Faculdade Pitágoras. Licenciada em Matemática pela Faculdade Educacional da Lapa (FAEL).
Endereço: LABIO, Sala 06 – Campus Universitário. UEFS. Avenida Transnordestina, S/N - Bairro Novo Horizonte. CEP 44036-900. Feira de Santana- BA, Brasil
E-mail: hevelynn_martins@hotmail.com
Suellen Santa Rosa de Almeida Carvalho
Graduanda de Engenharia de Alimentos pela Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) Endereço: Avenida Transnordestina, s/nº, Novo Horizonte, Feira de Santana – BA, Brasil.
CEP: 44036-900
E-mail: suellensantarosa2006@gmail.com
José Ailton Conceição Bispo
Doutor em Biologia Funcional e Molecular, Mestre em Biologia Funcional e Engenheiro Químico pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP).
Docente do Curso de Engenharia de Alimentos na Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)
Endereço: Avenida Transnordestina, s/nº, Novo Horizonte, Feira de Santana – BA, Brasil. CEP: 44036-900
E-mail: ailton_bispo@hotmail.com
Sílvia Maria Almeida de Souza
Doutora em Engenharia de Alimentos pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Mestre em Ciências dos Alimentos pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Engenheira de
Alimentos pela Universidade Federal de Visçosa (UFV).
Docente do Curso de Engenharia de Alimentos na Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)
Endereço: Avenida Transnordestina, s/nº, Novo Horizonte, Feira de Santana – BA, Brasil. CEP: 44036-900
E-mail: ss_almeida@yahoo.com.br
Ernesto Acosta Martinez
Doutor e Mestre em Biotecnologia Industrial pela Faculdade de Engenharia Química de Lorena. Engenheiro Químico pelo Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverria, ISPJAE. Docente do Curso de Engenharia de Alimentos e do Programa de Pós-graduação em Biotecnologia
(PPGBiotec) na Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS).
CEP: 44036-900
E-mail: ernesto.amartinez@yahoo.com.br
RESUMO
O Brasil é o maior produtor mundial de maracujá. A polpa é a parte do fruto que é normalmente consumida, enquanto que cascas e sementes são considerados resíduos do seu processamento, não sendo devidamente aproveitados pelas indústrias. O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da temperatura na desidratação artificial e natural da casca do maracujá-amarelo. Os ensaios de secagem artificial foram realizados em secador nas temperaturas de 30, 40, 50, 60 e 70 ºC durante 6 h. Na secagem natural as cascas foram colocadas em bandejas de aço inoxidável, cobertas com telas de náilon sendo expostas ao sol (25 a 38ºC) durante 375 h. O teor de água inicial das cascas do maracujá (aproximadamente 64,2% b.u.), sendo reduzido para 61,2; 58,9; 35,5; 7 e 30,7% b.u. nas temperaturas de secagem, respectivamente. O uso de 60 oC proporcionou a maior perda de umidade, de vitamina C e um aumento da acidez titulável e do teor de sólidos solúveis. Os modelos de Structural Transition 2 (R2 = 0,9934); Structural Transition 2 (R2 = 0,98498); Wang Sing (R2 = 0,9078); Two Term (R2 =
0,9961) e Structural Transition 3 (R2 = 0,9907) descreveram melhor os processos artificiais nas
temperaturas de 30 a 70 oC. O teor de água inicial (63,2%) nas amostras submetidas à secagem natural diminuiu entre 75 e 97% nas primeiras 96 h de secagem atingindo valores próximos a 2% após 250 h. A secagem natural permitiu uma maior perda de umidade em baixas temperaturas (30 a 40 ° C) do que no processo artificial (4,8 e 8,3%). O uso de condições naturais pode reduzir os custos do processo e ser um método de secagem mais favorável para a agricultura familiar.
Palavras-chave: cinética; secagem; maracujá-amarelo
ABSTRACT
Brazil is the world's largest producer of passion fruit. The pulp is the part of the fruit that is normally consumed, while the peel and the seeds are considered residues of their processing, not being properly used by industries. The purpose of this work was to evaluate the temperature effect on artificial and natural drying of yellow passion fruit peel. The artificial drying tests were performed in a dryer at 30, 40, 50, 60 and 70ºC for 6 h. In natural drying the peel was placed on stainless steel trays, covered with nylon nets and being exposed to the sun (25 a 38oC) during 375 h. The initial water amount (approximately 64.2% b.u) in the passion fruit peel was reduced to 61.2; 58.9; 35.5; 7.0 and 30.7% b.u. at artificial drying temperatures, respectively. The higher loss of moisture and vitamin C and an increase in the acidity and soluble solids content was verified at 60oC. The models of Structural
Transition 2 (R2= 0.9934); Structural Transition 2 (R2= 0.98498); Wang Sing (R2= 0.9078); Two
Term (R2= 0.9961) and Structural Transition 3 (R2= 0.9907) satisfactorily described the artificial drying kinetics at temperatures from 30 to 70°C. The initial water amount (63.2%) in the samples subjected to natural drying decreased to values between 75 and 97% in the first 96 h of drying reaching values close to 2% after 250 h. The natural drying allowed a higher moisture loss at low temperatures (30 to 40°C) than in the artificial process (4.8 and 8.3%). The use of natural conditions could reduce process costs and be a more favorable drying method for family farming.
Keywords: kinetics; drying; yellow passion fruit
1. INTRODUÇÃO
A cultura do maracujá possui grande relevância dentro da fruticultura mundial, possuindo cerca de 150 espécies, entretanto, a espécie mais cultivada é o maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. flavicarpa). A produção mundial (cerca de 93%) está concentrada na América do Sul e em alguns
países africanos (Pires et al, 2011), sendo o Brasil o principal produtor mundial (602.651 t em 2018) abrangendo todos os estados brasileiros e Distrito Federal, sendo a região Nordeste a maior produtora (IBGE, 2018).
A polpa do maracujá é muito utilizada como matéria-prima para produção refresco, sucos, xaropes, doces e outras formulações (Matsuura, 2005), a casca e semente são subprodutos do seu processamento tornando-se desafios para a indústria de alimentos a necessidade de encontrar formas de aproveitamento para os mesmos, um dos processos alternativos a fim de minimizar impactos ambientais e transformá-los em benefícios financeiros é a secagem (Akpinar, 2006).
O principal objetivo da secagem é a remoção da água de determinado material na forma de vapor, para a fase gasosa insaturada (Ferrua & Barcelos, 2003) possibilitando o aumento de sua vida-de-prateleira (Park et al., 2001).
A secagem natural é a simples exposição do alimento ao sol (Moraes; Rodrigues, 2006), produz um material bastante concentrado e de boa qualidade, porém, depende de fatores incontroláveis e imprevisíveis como clima, insetos e roedores (Oetterer et al., 2006).
A secagem artificial é um método de desidratação de alimentos, o calor é produzido artificialmente em estufas. Há um maior controle de temperatura, umidade e corrente do ar. A desidratação dos alimentos é feita por meio de vapor superaquecido, sistema a vácuo, uso de gases inertes ou pela aplicação direta de calor (Moraes; Rodrigues, 2006).
No processamento das frutas para a obtenção de polpas para seu uso como suplemento na produção de hidromel são gerados subprodutos tais como caroços, sementes e casca. Assim, o aproveitamento da casca do maracujá pode trazer benefícios, na alimentação humana como fonte alimentar de bom valor nutricional, além de reduzir custos e diminuir os problemas de eliminação dos subprodutos do processamento. A casca do maracujá pode passar por um processo de secagem e ser utilizada para extração e obtenção de componentes de interesse e ser reaproveitada pelos próprios produtores rurais (Spoladore, 2014).
Dentro deste contexto, o objetivo desta pesquisa foi estudar a cinética de secagem da casca de maracujá-amarelo, avaliando o efeito da temperatura de secagem natural e artificial em estufa de circulação de ar sobre as propriedades físico-químicas da casca e aplicar os modelos matemáticos de Structural Transition 2, Wang Sing, Two Term e Structural Transition 3 aos dados experimentais e desta forma avaliar o modelo que melhor descreve o comportamento dos dados experimentais.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
A fruta foi sanitizada com solução aquosa de hipoclorito de sódio (100 ppm) durante 15 min. e enxaguada com água filtrada, a seguir foi realizada a separação manual das frações suco/polpa, casca e sementes que serão armazenados sobre refrigeração.
Testes de secagem da casca:
Secagem natural: Em temperatura ambiente, as cascas foram depositadas em bandejas de
aço inoxidável, cobertas com telas de náilon, uma espécie de tecido cuja função é privar o produto de possíveis contatos com insetos. Foram expostas ao sol durante o tempo necessário para a perda de 50-70% de umidade. Em seguida foram transportados à sombra, em local ventilado até a obtenção do resultado desejado.
Secagem artificial: As cascas foram submetidas em secador em temperaturas de 30, 40, 50,
60 e 70 ºC no tempo de secagem de 1-6 horas até 24 h. As amostras para cada temperatura foram monitoradas a cada 60 min. pela pesagem em balança analítica. Após secagem as amostras foram mantidas em estufa durante 24 h a fim de que se obtivesse a massa residual (peso seco).
Análises físico-químicas:
pH: realizada a partir do pHmetro digital (marca Instrutherm, modelo PH-1700);
Sólidos solúveis totais: realizada a partir do pHmetro digital (marca Instrutherm, modelo PH-1700);
Vitamina C: realizada através da titulação pelo Método de Tillmans que se baseia na redução do sal 2,6-diclorofenol por uma solução ácida de vitamina C;
Carboidratos totais: foram quantificados por espectrofotometria pelo método Fenol Sulfúrico a um comprimento de onda de 490 nm, segundo a metodologia de Dubois et al. (1956), utilizando o espectrofotômetro (SHIMADZU UV mini-1240) e uma curva padrão de glicose com concentração de 5µg/mL de intervalo de 0 – 60 µg/mL;
Cinética de secagem:
Foram construídas curvas de secagem de acordo com a segunda lei de Fick conforme Equação 1.
RU =Xwt−Xwe
Xwo−Xwe (1)
Onde:
RU = Razão de umidade
Xwt = Teor de umidade do produto, em base seca;
Xwe = Teor de água de equilíbrio do produto, em base seca.
As modelagens de processos de secagem foram realizadas segundo Bispo et al. (2015). Os modelos matemáticos testados são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Modelos Matemáticos utilizados para ajustar os dados da cinética de secagem da casca do maracujá
Designação do Modelo Equação
Henderson e Pabis RU= a1.exp(-a2.t) (2)
Lewis RU = exp(-a1.t) (3)
Logarithmic RU = a1.exp(-a2.t) + a3 (4)
Page RU = exp(-a1.ta2) (5)
Page Modificado RU = exp(-(a1.t)a2) (6)
Structural Transition 2 RU = a1
1+exp(a3+a4.t)+
a2.exp(a3+a4t) 1+exp(a3+a4.t)
(7)
Structural Transition 3 RU = a1+a2 exp(a4+a5.t)+a3 exp(a6+a7.t) 1+exp(a4+a5.t)+exp(a6+a7.t)
(8)
Two Term RU = a1.exp(-a2.t) + a3.exp(-a4.t) (9)
Two Term Exponential RU = a1.exp(-a2.t) + (1-a3).exp(-a4.t) (10)
Wang Sing RU= a1 + a2.t + a3.t2 (11)
Em que RU – razão de umidade, adimensional; a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, parâmetros dos modelos;
t- tempo de secagem, horas.
Para a seleção do melhor modelo matemático foram considerados o coeficiente de determinação (R2) e a distribuição dos resíduos dos modelos ajustados às curvas de secagem. Sendo considerado como ajuste satisfatório o modelo que apresentar o maior valor de R2 e distribuição aleatória dos resíduos.
Obtenção do extrato de a casca do maracujá-amarelo:
A casca foi desengordurada com hexano (1:20 m/v), utilizando agitador mecânico a 150 rpm, seguida de secagem em estufa com circulação de ar e submetida à extração sequencial com éter, acetona, álcool e água destilada à temperatura ambiente, segundo Moreira (2003).
Após cada etapa de extração, os resíduos foram secos em estufa com circulação de ar a 40 °C até a evaporação completa do solvente e submetidos ao processo de extração subsequente com o próximo solvente. Em seguida, armazenados em garrafas devidamente higienizadas para o uso das análises físico-químicas.
O comportamento da razão de umidade da casca de maracujá amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) durante o tempo nos processos de secagem artificial e natural são apresentados nas Figuras 1 e 2, respectivamente.
Figura 1: Valores de razão de umidade (RU) da casa do maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) durante a
secagem artificial nas temperaturas de 30 a 70oC.
Fonte: os autores (2019)
Figura 2: Valores de razão de umidade (RU) da casca do maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) durante
o processo de secagem natural.
Fonte: os autores (2019)
O teor de água inicial das cascas do maracujá foi de aproximadamente 64,2% b.u., sendo reduzido para 61,2; 58,9; 35,5; 7 e 30,7% b.u. nas temperaturas de secagem 30, 40, 50, 60 e 70°C,
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 1 2 3 4 5 6 7 RU t (h) 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C Log. (60°C ) 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 T ( oC) t (h) T1 (oC) T2 (oC) T3 (oC) Umidade 1 Umidade 2 Umidade 3 R U
respectivamente (Figura 1). O teor de água inicial (63,2%) nas amostras submetidas à secagem natural diminuiu entre 75 e 97% nas primeiras 96 h de secagem apresentando uma diminuição para
1,23% após 375 h na faixa de temperatura entre 25-38 oC (Figura 2). Os estudos da secagem natural e artificial permitiram verificar a vantagem da secagem natural, pois a mesma proporcionou maior perca de umidade à baixas temperaturas em torno de 30-40 °C quando comparado com o processo
artificial onde foi verificado uma diminuição de 4,8 e 8,3% da umidade com o uso de 30 e 40 oC, respectivamente. O processo nessas condições poderia diminuir os custos do processo além de ser uma metodologia de secagem em condições mais favoráveis para a utilização pela agricultura familiar. Comportamento semelhante foram verificados por Ferreira e Pena (2010) e Rodrigues et al. (2019), durante a secagem artificial da casca do maracujá em temperaturas entre 60 e 80oC e de 55oC, respectivamente.
A temperatura influenciou na secagem artificial da casca, apresentando redução consistente nos tempos de desidratação com o aumento da temperatura do ar de secagem, comportamento relatado em produtos agrícolas (ALEXANDRE et al., 2013; MARTINS et al., 2014; MELO et al., 2015; GONÇALVES et al., 2016). Quanto maior taxa de remoção de água do produto, maior a transferência de energia na forma de calor, ocasionado pelo aumento da temperatura (SOUSA et al., 2011).
Os modelos matemáticos que fornecem os melhores ajustes dos resultados nas curvas de cinética de secagem artificial das cascas do maracujá-amarelo em função dos coeficientes de correlação (R2) são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1: Parâmetros dos modelos matemáticos de secagem e seus coeficientes de determinação (R²) melhor ajustados
à cinética de secagem das cascas de maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) em cada temperatura.
T (ºC) 30 40 50 60 70 Modelo Matemático Structural Transition 2 Structural Transition 2
Wang Sing Two Term Structural Transiton 3 R2 0,9934 0,9849 0,9078 0,9961 0,9907 a1 0,6457 0,7608 0,9078 0,1166 -1,1251 a2 0,6109 0,5605 -0,2027 -0,0126 88,1652 a3 -2,2573 0,4451 --- -0,5033 0,7071 a4 0,8974 0,2139 --- --- -18,7156 a5 --- --- --- --- 0,2376 a6 --- --- --- --- 3,2421
a7 --- --- --- --- -0,3219 Fonte: os autores (2019)
Nas condições de temperatura de secagem maiores que 50oC diferentes modelos foram melhor ajustados aos resultados experimentais (Tabela 2). O modelo Structural Transition 2 representou melhor o processo de secagem da casca nas condições de menor temperatura (30 e 40oC) apresentando maiores valores de coeficientes de correlação (99,34 e 98,5%,
respectivamente). Na faixa de temperatura estudada o modelo de Two Term foi o que apresentou maior índice de correlação (R2 = 99,61%) a 60oC.
Os modelos matemáticos de Henderson & Pabis, Lewis, Logarithmic, Page, Page Modificado e Two Term Exponential apresentaram valores inferiores a 90% do índice de correlação para as temperaturas de secagem da casca de maracujá, portanto, seus modelos foram descartados para esse estudo. Spoladore et al. (2014) durante a modelagem matemática da secagem de casca de maracujá verificaram que o modelo de Page foi melhor ajustado (R2 >99%) nas temperaturas de 60, 70, 80 e 90 °C e o modelo de Henderson & Pabis teve um R2 superior a 98%. Santos et al. (2010), durante a secagem da carambola em secador de bandejas nas temperaturas de 50, 60 e 70 °C, observaram bons ajustes aos dados experimentais ao modelo de Page com valores de R² ≥ a 99%. Martins et al. (2014), ao desidrataram a casca de mulungu (Erythrina velutina) nas temperaturas de 40, 50, 60 e 70 °C verificaram que o modelo de Page representou satisfatoriamente o processo de secagem, com valores de R2 ≥ 99%. Alexandre et al. (2013), em estudo sobre a cinética de secagem de cascas de abacaxi, verificaram que os modelos utilizados (Henderson & Pabis, Page e Lewis) se ajustaram satisfatoriamente aos dados experimentais, mas o modelo de Page apresentou melhores valores de coeficiente de determinação em todas as temperaturas.
A Figura 3 apresenta as curvas de secagem da casca do maracujá-amarelo no modelo Two Term nas temperaturas: 30, 40, 50, 60 e 70 ºC, representadas pela razão de umidade em função do tempo de desidratação.
Figura 3. Curvas de secagem da casca do maracujá-amarelo no modelo Two Term nas temperaturas de 30, 40, 50,
Observa-se uma redução no tempo de secagem e umidade com o aumento da temperatura em função do aumento do tempo (h). Segundo Celestino (2010) a capacidade que o ar tem para eliminar água de um produto, depende principalmente da umidade relativa e temperatura do ambiente. Dessa forma, é evidenciado nesse estudo que com o aumento da temperatura do ar de secagem ocorreu uma maior taxa de remoção de água do produto, e, consequentemente, houve a redução do tempo de secagem (Queiroz et al., 2013).
As características físico-químicas pH, acidez titulável, sólidos solúveis totais, açúcares redutores, vitamina C do extrato da casca de maracujá amarelo são apresentadas na Tabela 2. O pH
das cascas submetidas à secagem variou de 6,8 a 7,7 nas temperaturas de 30 oC a 70 oC e a amostra in natura teve pH de 7,5 (Tabela 2) o que está relacionado com a diminuição da umidade da amostra durante a secagem. A temperatura de 60 ºC foi a que apresentou melhor secagem, a mesma apresentou pH menos básico em relação as outras temperaturas e à amostra in natura. O maior teor de acidez titulável ou AT (4,94% ácido cítrico) foi alcançado na amostra submetida à temperatura
de 60 oC. Valores similares (AT = 4,92%) e menores (AT = 3,8%) para a polpa do maracujá amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) foram reportados por Rosa et al. (2010) e por Araújo et al. (2002), respectivamente.
Tabela 2: Características físico-químicas da casca de maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) in natura e
após a secagem artificial
Parâmetro In Natura 1 2 3 4 5 Temperatura (ºC) 30-40 30 40 50 60 70 pH 7,5 7,7 7,7 7,2 6,9 6,8 Acidez Titulável (%) 1,97 1,97 1,97 2,96 4,94 3,95 Sólidos Solúveis Totais (ºBrix) 0,3 0,3 0,2 0,5 0,6 0,4 Vitamina C (mg/mL) 26,30 21,21 19,80 13,90 10,73 11,45 Fonte: os autores (2019) 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foi verificada a vantagem do processo natural durante a secagem da casca de maracujá-amarelo (Passiflora edulis f. Flavicarpa) à baixas temperaturas (30 a 40°C) pois proporcionou maior perda de umidade quando comparado ao processo artificial. O uso destas condições poderia diminuir os custos do processo além de ser uma metodologia em condições mais favoráveis para a realização pela agricultura familiar.
Os modelos matemáticos de Structural Transition 2, Wang Sing, Two Term e Structural Transition 3, se ajustaram melhor podendo ser utilizados na predição das cinéticas de secagem, nas temperaturas de 30 e 40, 50, 60 e 70 °C, respectivamente. O modelo de Two Term na
temperatura de 60 ºC apresentou o maior valor do coeficiente de correlação. O uso de elevadas temperaturas na secagem artificial (60 ºC) proporcionou cascas com menor umidade final e teor de vitamina C e aumentos na acidez titulável e teor de sólidos solúveis totais na casca.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho foi apoiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES), Código Financeiro - 001. Agradecemos o Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia (PPGBiotec) da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS).
CONFLITO DE INTERESSES
Os autores declaram não haver conflitos de interesse financeiros ou comerciais.
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