Determinação do comportamento reológico de suco de abacaxi adicionado de yacon e goma xantana em diferentes temperaturas/ Determination of the rheological behavior of added pineapple juice of yacon and xantane gum at different temperatures

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 1,p.5149-5161 jan. 2020. ISSN 2525-8761

Determinação do comportamento reológico de suco de abacaxi adicionado

de yacon e goma xantana em diferentes temperaturas

Determination of the rheological behavior of added pineapple juice of

yacon and xantane gum at different temperatures

DOI:10.34117/bjdv6n1-373

Recebimento dos originais: 30/11/2019 Aceitação para publicação: 31/01/2020

Kamila de Cássia Spacki

Mestranda em Engenharia de Alimentos pela Universidade Estadual de Maringá Instituição: Universidade Estadual de Maringá

Endereço: Av. Colombo, 5790 – Jd. Universitário, Maringá – PR, Brasil E-mail: kamilaspacki@outlook.com

Luma Sarai de Oliveira

Mestranda em Ciências de Alimentos pela Universidade Estadual de Londrina Instituição: Universidade Estadual de Londrina

Endereço: Rodovia Celso Garcia Cid - Pr 445 Km 380 - Campus Universitário, Londrina - PR, Brasil

E-mail: lumasarai@gmail.com

Andreza Candido Mendes

Endereço: Av. Colombo, 5790 – Jd. Universitário, Maringá – PR, Brasil E-mail: andrezacandido.91@gmail.com

Joice Camila Martins da Costa

Endereço: Av. Colombo, 5790 – Jd. Universitário, Maringá – PR, Brasil E-mail: joicecamilamart@gmail.com

Marcos Antonio Matiucci

Graduando em Zootecnia pela Universidade Estadual de Maringá Instituição: Universidade Estadual de Maringá

Endereço: Av. Colombo, 5790 – Jd. Universitário, Maringá – PR, Brasil E-mail: m.matiucci@hotmail.com

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Jéssica Barrionuevo Ressutte

Mestre em Ciência de Alimentos pela Universidade Estadual de Maringá Instituição: Universidade Estadual de Londrina

Endereço: Rodovia Celso Garcia Cid - Pr 445 Km 380 - Campus Universitário, Londrina - PR, Brasil

E-mail: jessicaressutte@gmail.com

Jéssica Maria Ferreira de Almeida-Couto

Doutoranda em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Maringá Instituição: Universidade Estadual de Maringá

Av. Colombo, 5790 – Jd. Universitário, Maringá – PR, Brasil E-mail: jeh_mfa@hotmail.com

Marília Gimenez Nascimento

Mestranda em Ciências de Alimentos pela Universidade Estadual de Maringá Instituição: Universidade Estadual de Maringá

Endereço: Av. Colombo, 5790 – Jd. Universitário, Maringá – PR, Brasil E-mail: marilia_gimezes@hotmail.com

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo determinar o comportamento reológico do suco de abacaxi adicionado de yacon e goma xantana nas temperaturas de 10, 20, 30, 40, 50 e 60 ºC. Para ajustes dos dados experimentais foram utilizados os modelos de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Casson, Bingham e Hurschel-Buckley. Os modelos que apresentaram melhores ajustes ao comportamento reológico do suco foram Ostwald-de-Waele (Lei da Potência) e Herschel-Buckley, confirmando comportamento de fluido não-newtoniano. O produto apresentou índice de comportamento menor do que um (1), sendo classificado como pseudoplástico, devido à viscosidade diminuir com o aumento da temperatura.

Palavras-Chave: Bebidas; frutas; reologia; deformação; cisalhamento.

ABSTRACT

This work aims to determine the rheological behavior of pineapple juice added with yacon and xanthan gum at temperatures of 10, 20, 30, 40, 50 and 60 ºC. To adjust the experimental data, the Ostwald-de-Waele (Power Law), Casson, Bingham and Hurschel-Buckley models were used. The models that showed the best adjustments to the juice's rheological behavior were Ostwald-de-Waele (Power Law) and Herschel-Buckley, confirming non-Newtonian fluid behavior. The product showed a behavior index lower than one (1), being classified as pseudoplastic, due to the viscosity decreasing with the increase in temperature.

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1 INTRODUÇÃO

O mercado de frutas e hortaliças aumentou significativamente devido à praticidade, que tem sido o foco principal do consumidor (NASCIMENTO et al., 2014). Com a globalização da indústria de alimentos, a oferta por sucos de qualidade e variedades tem expandido visivelmente. A produção de sucos de frutas processadas apresenta potencial de crescimento no Brasil, sendo uma alternativa de agregação de valor à matéria-prima, além de reduzir perdas pós-colheita. A qualidade desses sucos está relacionada, além de outras características, às suas propriedades físico-químicas sendo necessária sua adequação aos padrões vigentes no país (FERREIRA et al., 2014).

O abacaxi apresenta-se tanto para consumo ao natural quanto para processo industrial em suas mais diversas formas (RIBEIRO, 2015). É uma fruta tropical de aroma e sabor muito apreciados, sendo utilizado na indústria alimentícia, principalmente na produção de sucos e néctares (CABRAL et al., 2006).

O yacon (Smallanthus sonchifolius), conhecido pelo seu conteúdo de componentes prebióticos, inulina e frutoligossacarídeos, é uma raiz de origem andina, que têm como carboidrato de reserva os frutanos, substâncias que atuam como fibras solúveis. Os frutanos presentes no yacon não necessitam de insulina para seu metabolismo, um dos fatores que justifica o desenvolvimento de novos produtos utilizando yacon como alternativa de substituição de açúcar (ALBUQUERQUE; ROLIM, 2011).

O comportamento reológico de um fluido mostra o comportamento mecânico deste material quando em processo de deformação. Vários fatores afetam o comportamento reológico das polpas de frutas, destacando-se entre estes, a temperatura, sólidos solúveis e o tamanho das partículas. A avaliação do índice de comportamento dos fluidos é de fundamental importância na reologia de alimentos, pois, a partir desse parâmetro, é possível classificar o tipo de fluido e, consequentemente, prever seu comportamento frente às diferentes operações unitárias presentes na indústria (SILVA et al., 2013; GONÇALVES et al., 2013).

Este trabalho tem como objetivo determinar o comportamento reológico do suco de abacaxi adicionado de yacon e goma xantana em diferentes temperaturas.

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2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 PRODUÇÃO DO SUCO DE ABACAXI COM YACON

Na formulação do suco foram utilizadas polpas de abacaxi pasteurizadas e congeladas da marca Polpa Norte e a polpa de yacon foi produzida a partir das raízes, ambas as matérias-primas foram adquiridas no comércio de Campo Mourão (PR). A vitamina C e a goma xantana foram fornecidas pelo Departamento de Alimentos da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

A Figura 1 representa o fluxograma da produção da polpa de yacon.

Figura 1 – Fluxograma da produção da polpa de yacon. Fonte: O autor.

As raízes de yacon foram lavadas e higienizadas com hipoclorito de sódio (NaClO) 200 mg/L durante 10 minutos, em seguida, as mesmas passaram pelo processo de descascamento realizado manualmente com descascador de vegetais e cortadas em fatias com espessura aproximada de 5 mm. As fatias passaram por um branqueamento com solução de metabissulfito de sódio (Na2S2O5) de 500 mg/L por 1 hora em temperatura ambiente (25 ºC)

para a inativação de enzimas (LAGO, 2010; LEONE, 2014).

Posterior à etapa do branqueamento, realizou-se a extração da polpa de yacon utilizando uma Centrifuga Juicer Walita, e em seguida mediu-se a quantidade de sólidos

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solúveis em refratômetro de bancada. A pasteurização foi realizada em temperatura de 90 ºC por 1 minuto, logo em seguida a polpa foi envasada em garrafas plásticas (250 mL) higienizadas em água fervente e armazenadas em congelador.

A formulação do suco de abacaxi com yacon foi escolhida através da análise sensorial realizada pela equipe de pesquisa de um trabalho já desenvolvido. As proporções de abacaxi, yacon, vitamina C e goma xantana estão apresentadas na Tabela 1:

Tabela 1. Formulação de Suco de Abacaxi adicionado de polpa de Yacon. Formulação de Suco de Abacaxi adicionado de polpa de Yacon

Ingredientes Quantidade (%) Polpa de abacaxi 60,00 Polpa de yacon 8,00 Água 32,00 Vitamina C 0,03/100 mL Goma xantana 0,20/100 mL

*Quantidade para preparar 100 mL de suco.

Para o preparo do suco, todos os ingredientes foram homogeneizados, pasteurizados a 90 °C/1 min e em seguida envasados a quente em garrafas plásticas (250 mL) higienizadas. As amostras foram armazenadas em congelador até o início das análises reológicas.

2.2 ANÁLISES REOLÓGICAS

Determinou-se o comportamento reológico do suco de abacaxi com yacon em reômetro Brookfield modelo DVIII ultra (Brookfield Engineering Laboratories, Massachussets, EUA), utilizando rotor spindle SC4-31 seguindo a metodologia proposta por Faraoni et al., (2013) com algumas modificações.

As análises reológicas foram realizadas com variação de taxa de deformação de 0 a 85 s-1, sendo que essa faixa de taxa de deformação utilizada foi fixada mediante um estudo prévio da sensibilidade do equipamento. Dados como: viscosidade aparente (𝜂_𝑎𝑝), tensão de cisalhamento (𝜏) e taxa de deformação (𝛾̇) foram obtidos através do software Rheocalc (versão V3.1-1, Brookefield Engineering Laboratories, EUA).

Foi obtido um total de 50 pontos para cada corrida, (25 pontos na subida, 25 pontos na descida), com tempo de 5 segundos para cada ponto da curva. As leituras foram efetuadas em duplicata para cada temperatura.

Para relacionar os dados de tensão de cisalhamento e taxa de deformação foram utilizados os modelos de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Casson, Bingham e

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Buckley mostrado na Tabela 2. Os dados obtidos pelo software Origin 7.0, tendo sido determinados os parâmetros reológicos para cada modelo, assim os respectivos coeficientes de regressão (R2):

Tabela 2. Modelos reológicos utilizados.

Modelos Equação

Bingham 𝜏 = 𝜏0+ 𝐾𝐵(𝛾̇) (3)

Casson 𝜏0,5= 𝐾0𝐶+ 𝐾𝐶(𝛾̇)0,5 (4)

Herschel-Buckley 𝜏 = 𝜏0+ 𝐾𝐻(𝛾̇)𝑛𝐻 (5)

Ostwald-de-Waele 𝜏 = 𝐾𝛾̇𝑛 (6)

Fonte: OLIVEIRA; ROSSI; BARROS, (2011). SILVA et al.(2012).

Onde:

𝜏 − Tensão de cisalhamento (Pa);

𝐾 − Índice de consistência para Ostwald-de-Waele (Pa.sn_);

𝛾̇ −Taxa de deformação (s-1);

𝑛 – Índice de comportamento do fluido para Ostwald-de-Waele (adimensional);

𝐾_0𝐶 − Tensão inicial (Pa);

𝐾_𝐶 – Índice de consistência (Pa.s0,5);

𝜏₀− Tensão residual (Pa);

𝐾𝐵– Índice de consistência para Bingham (Pa.sn);

𝐾_𝐻 – Índice de consistência para Herschel-Buckley (Pa.sn);

𝑛𝐻– Índice de comportamento do fluido para Ostwald-de-Waele (adimensional).

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

A Figura 2 mostra a influência da temperatura no comportamento reológico do suco, relacionando a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação, ou seja, conforme a taxa de deformação usada, a tensão de cisalhamento diminui com o aumento da temperatura. De acordo com Silva et al., (2012), quanto maior a taxa de deformação menor é sua influência sobre a tensão de cisalhamento. Isto pode ser observado pela redução da inclinação das curvas de escoamento provocada pelo aumento da temperatura. A não linearidade entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação indica que o suco estudado apresenta comportamento não newtoniano

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Figura 2 – Curvas de fluxo em diferentes temperaturas para suco de abacaxi com yacon. Fonte: O autor.

As Tabelas 3, 4, 5 e 6 abaixo, apresentam os parâmetros relativos aos modelos Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Herschel-Buckley, Casson e Bingham para os ajustes dos dados experimentais. Esses parâmetros foram obtidos utilizando o software Origin 7.0.

Tabela 3. Parâmetros reológicos do modelo de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência).

Temperatura Lei da Potência Índice de consistência (𝐾) Índice de comportamento (𝑛) Coeficiente de determinação (R2₎ Qui-quadrado 𝜒2 10 5,5728 0,4093 0,9963 0,1906 20 6,0155 0,3884 0,9978 0,1063 30 5,0754 0,3979 0,9977 0,0884 40 3,9318 0,4271 0,9973 0,0851 50 3,0367 0,4382 0,9984 0,0347 60 2,9616 0,4431 0,9961 0,0872

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Tabela 4. Parâmetros reológicos do modelo de Herschel-Buckley.

Temperatura Herschel-Buckley Tensão residual 𝜏0 Índice de consistência (𝐾𝐻) Índice de comportamento (𝑛𝐻) Coeficiente de determinação (R2) Qui-quadrado 𝜒2 10 0,5614 5,2103 0,4211 0,9977 0,1800 20 1,3781 5,1395 0,4151 0,9988 0,0828 30 1,2167 4,3321 0,4247 0,9983 0,0939 40 1,2618 3,1973 0,4635 0,9987 0,0606 50 -0,1622 3,1278 0,4332 0,9988 0,0379 60 -0,1606 3,0579 0,4374 0,9973 0,0862

Tabela 5. Parâmetros reológicos do modelo de Casson.

Temperatur a Casson Tensão inicial (𝐾_𝑂𝐶) Índice de consistência (𝐾_𝐶) Coeficiente de regressão (R2₎ Qui- quadrado (𝜒2₎ 10 2,5800 0,3703 0,9719 2,0811 20 2,6936 0,3526 0,9712 1,9489 30 2,4887 0,3343 0,9710 1,5389 40 2,2022 0,3228 0,9809 0,8224 50 1,9054 0,3047 0,9726 0,8289 60 1,8909 0,3050 0,9695 0,9195

Tabela 6. Parâmetros reológicos do modelo de Bingham.

Temperat ura Bingham Tensão residual (𝜏₀) Índice de consistência (𝐾_𝐵) Coeficiente de regressão (R2) Qui-quadrado (𝜒2₎ 10 10,9119 0,3084 0,9115 6,5427 20 11,5399 0,2938 0,9055 6,3872 30 9,9387 0,2604 0,9058 4,9976 40 8,0780 0,2374 0,9276 3,1166 50 6,1993 0,1974 0,9151 2,5643 60 6,1223 0,1969 0,9170 2,6944

O coeficiente de determinação (R2) mede a proporção da variação total da média explicada pela regressão, definida como a soma quadrática total (FERREIRA; GUIMARÃES;

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MAIA, 2008). A Tabela 3 referente ao modelo de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência) mostra que o mesmo apresentou bom ajuste para os dados experimentais. Valores como o coeficiente de determinação (R2) apresentaram-se acima de 0,99 confirmados pelos baixos valores de qui-quadrado (𝜒2_{). Todas as temperaturas apresentaram valores do índice de comportamento do}

fluido (𝑛) menor que um (1), caracterizando o fluido como pseudoplástico.

Analisando-se o modelo de Herschel-Buckley (Tabela 4), pode-se verificar que os valores de 𝑛 e 𝐾 são semelhantes aos valores encontrados no modelo de Ostwald-de-Waele. Os valores negativos de tensão residual (𝜏₀) para as temperaturas 50 e 60 ºC não apresentam significado físico, perante o modelo de Herschel-Buckley. Valores negativos de 𝜏₀ também foram encontrados por Gazola (2014), para o estudo de polpa de pitanga.

Para o ajuste dos dados ao modelo Casson (Tabela 5), observou-se que tanto os valores de tensão inicial (𝐾_0𝐶) quanto os valores do índice de consistência (𝐾_𝐶) diminuíram com o aumento da temperatura, bem como para os modelos avaliados anteriormente. Os valores de qui-quadrado (𝜒2₎_{apresentaram-se acima de um (1) nas temperaturas 10, 20 e 30ºC, ficando}

abaixo de um (1) apenas para as temperaturas mais altas 40, 50 e 60 ºC.

De acordo com os dados obtidos pelo modelo de Bingham (Tabela 6), os valores de R2 estiveram próximos de 0,91 e o qui-quadrado (𝜒2₎_{apresentou valores acima de 1. Neste}

estudo, este foi o modelo que apresentou menores valores para R2_.

O melhor ajuste aos dados experimentais foi analisado com base no parâmetro R2_,

portanto, o modelo que melhor se ajusta é aquele com altos valores de R2_{(próximo de 1)}

(MONTGOMERY; RUNGER, 2003).

Comparando os modelos matemáticos estudados, observamos que os maiores valores para o coeficiente de determinação (R2), foram representados pelos modelos matemáticos de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência) e Herschel-Buckley, com isso, pode-se dizer que ambos os modelos representam satisfatoriamente o comportamento do produto analisado.

Silva et al. (2012), analisaram o comportamento reológico de bebidas mistas de cajá e manga adicionadas de inulina e frutoligossacarídeos, e constataram que as amostras apresentaram comportamento não newtoniano com caráter pseudoplástico, sendo o modelo de Herschel-Buckley o que melhor se ajustou para o estudo.

Em outro estudo, Silva et al. (2013) analisaram o comportamento reológico de néctares mistos de caju, manga e acerola e concluíram que o modelo matemático que apresentou menor ajuste para o estudo foi de Ostwald-de-Waele.

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Na figura 3, mostra que a influencia da temperatura em relação à viscosidade do produto em estudo. As inclinações das curvas de fluxo diminuem com o aumento da taxa de deformação, isso significa que à medida que a taxa de deformação aplicada aumenta, ocorre à diminuição da viscosidade aparente. Pode-se observar também a influencia da temperatura no suco, quanto maior a temperatura menor será a viscosidade aparente.

Segundo Pelegrine (1999), esse comportamento é muito comum para polpas e sucos de frutas, uma vez que a maioria desses produtos apresenta-se na forma de sólidos dispersos em meio líquido, e um aumento da temperatura causa uma diminuição da viscosidade da fase líquida, aumentando a mobilidade das partículas em suspensão.

Figura 3 – Curvas de Viscosidade aparente para suco de abacaxi com yacon. Fonte: O autor.

A redução da viscosidade com o aumento da temperatura apresentada na Figura 2 anteriormente, confirma que o fluido estudado apresenta caráter pseudoplástico. De acordo com a literatura, essa característica é típica para sucos e polpas de frutas sendo observada em estudos envolvendo polpas de acerola, caju, manga e jabuticaba (SATO; CUNHA, 2007; SILVA et al., 2012).

4 CONCLUSÃO

O suco de abacaxi com yacon adicionado goma xantana apresentou resultados satisfatórios comparando com a literatura. Os modelos matemáticos que melhor descreveram o comportamento reológico do suco foram Ostwald-de-Waele (Lei da Potência) e

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Buckley, que apresentaram melhores ajustes e valores do coeficiente de determinação R2 ≥ 0,99.

De acordo com a análise de resultados e com a literatura, pode-se concluir que o suco estudado apresenta comportamento não-newtoniano, sendo classificado como um fluido pseudoplástico, onde sua viscosidade diminui com o aumento da temperatura.

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