UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: ENGENHARIA DE PROCESSOS
,
,ESTUDO DO PRE-TRATAMENTO OSMOTICO
DE TOMATE E SEU EFEITO NA SECAGEM
LUCIANA IGARASHI
autora
Prof. Dr. THEO GUENTER KIECKBUSCH
orientador
Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Engenharia Química como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Química.
Campinas - São Paulo
Agosto/1999
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP
Igarashi, Luciana
Ig1e Estudo do pré-tratamento osmótico de tomate e seu efeito na secagem. I Luciana Igarashi. --Campinas, SP: [s.n.], 1999.
Orientador: Theo Guenter Kieckbusch
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química.
1. Tomate- Desidratação. 2. Tomate- Secagem. L Kieckbusch, Theo Guenter. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Química. IIL
constituída pelos Professores Doutores:
Prof Dr. Theo Guenter Kieckbusch (Orientador)
Prof'. Dr•. Femada Elizabeful Xidieh Murr (FEAJUNICAMP)
Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Mestrado em Engenharia Química defendida por Luciana Igarashi e aprovada pela Comissão Julgadora em 17/08/1999.
A Deus, que está sempre presente em todas as etapas da minha vida.
Aos meus pais Tadashi e Midori e ao meu avô Nobuo, que com seus exemplos, dedicação e incentivo permitiram que eu chegasse até aqui.
Ao Prof. Dr. Theo Guenter K.ieckbusch, pela orientação em cada etapa desse trabalho e pelo cuidado na revisão da tese. Os seus conselhos foram muito importantes.
Ao meu amor Marcos, pelo companheirismo, paciência e presença nos momentos difíceis. As suas palavras de carinho e incentivo foram muito valiosas.
Á Clara, Marcinha e Tereza, pela amizade e incentivo.
Aos amigos do laboratório e da república, pelos momentos alegres e troca de idéias.
Aos funcionários da Engenharia Química pela sua colaboração.
SUMÁRIO
NOMENCLATURA ... vi
RESUMO ... viii
ABSTRACT ... ix
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ... ! CAPÍTULO 2 - REVISÃO BffiLIOGRÁFICA ... .4
2.1 CARACTERÍSTICA GERAIS DO TOMATE ... .4
2.1.1 Histologia do tomate ... 8 2.1.2 Composição do tomate ... 9 2.1.2.1 Sólidos ... .. .... .... .. ... .. .... ... .. ... .... .... . ... 9 2.1.2.2 Carboidratos ... 1 O 2.1.2.3 Ácidos ... 11 2.1.2.4 Minerais ... 11 2.1.2.5 Pectina ... 11
2.1.2.6 Composição dos nutrientes do tomate e seus produtos ... 12
2.1.3 Secagem do tomate ... 13
2.1.3.1 Pré-tratamentos ... 13
2.2 DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA... . ... 15
2.2.1 Variáveis da desidratação osmótica ... 17
2.2.1.1 Propriedades do tecido vegetal ... 17
2.2.1.2 Variáveisdeoperação ... 19
2.2.1.3 Solução osmótica ... 21
2.2.2 Atividade de água ... 23
2.2.3 Desidratação osmótica de tomate ... 26
2.2.4 Desidratação osmótica e secagem a ar ... 27
2.2.4.1 Modelo matemático ... 29
2.2.5 Modelos matemáticos para a descrição da desidratação osmótica ... 31
3.1 Matéria prima ... 33
3.2 Soluções osmóticas ... 34
3.3 Preparo das amostras para a desidratação osmótica ... 34
3.4 Variáveis de operação ... 35
3.5 Procedimento para a desidratação osmótica ... .36
3.6 Análises e caracterização ... .36
3.6.1 Determinação de sólidos insolúveis ... .36
3.6.2 Teor de umidade ... 37
3. 6. 3 Determinação de sal ... .3 8 3.6.4 Determinação de sólidos solúveis ... 39
3.6.5 Medida da atividade de água ... .39
3. 7 Cálculo da perda de massa ... .40
3.8 Cálculo da perda de água e ganho de sólidos ... .40
3. 9 Cálculo da concentração de sal, sacarose e água ... .41
3.10 Cálculo da concentração de sal, sacarose e água no equilíbrio ... 42
3.11 Procedimento para a secagem ... .43
3 .11.1 Equipamento ... .43
3.12 Estudo teórico da desidratação osmótica ... .46
3.13 Estudo teórico da secagem ... .4 7 CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSÃO ... 48
4.1 Caracterização da matéria-prima ... .48
4 .1.1 Teor de umidade do tomate in natura ... .... .. .. . .. ... .48
4 .I. 2 Tamanho e espessura do tomate ... . . ... ..48
4.1.3 Determinação de sólidos insolúveis, sólidos solúveis e atividade de água do tomate in natura ... .49
4.2 Desidratação osmótica ... 49
4 .2.1 Observações gerais ... 50
4.2.2 Fatias de tomate sem pele ... 51
4.2.2.1 Atividade de água ... 59 4.2.3 Desidratação osmótica de fatias de tomate com pele e com a pele perfurada .61
4.2.4 Desidratação osmótica de tomates inteiros ... 66
4.2.5 Desidratação osmótica sequencial ... 70
4.2.6 Modelagem do processo em termos de atividade de água ... 78
4.3 Secagem ... 80
4.3.1 Secagem das fatias de tomate sem pele ... 80
4.3.2 Secagem das fatias de tomate com pele e com pele perfurada ... 85
4.3.3 Secagem do tomate inteiro ... 88
4 A Modelagem da cinética de secagem ... 90
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES ... 94
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 97
APÊNDICE A ... 102
A constante (Eq. 2.2)
ai alíquota utilizada na titulação (mL)
aw
atividade de água (Eq. 2.1)aw
inicial atividade de água inicialaw
solução atividade de água da soluçãoa:,
atividade de água do soluto puro B constante (Eq. 2.2)CB.E.T constante da equação de B.E.T. (Eq. B.l) CG.AB. constante da equação de G.A.B. (Eq. B.2)
CA concentração de água no tomate após a desidratação osmótica (g,;gual&oluçãonotomate) CAE concentração de água no equilíbrio (g,;gual&oiuçãototal)
C Saca concentração de sacarose no tomate após a desidratação osmótica Ü5sacarosef gsolução no tomate)
CsacaE concentração de sacarose no equilíbrio (&acarosef&olução total)
CSal concentração de sal no tomate após a desidratação osmótica (&a,lg.oluçãonotomate) Csa!E concentração de sal no equilíbrio (&a,lg.oluçãototal)
Derr coeficiente de difusividade efetiva (m2/s) GS ganho de sólidos(%)
K constante da equação de G.A.B. (Eq. B.2) L espessura (m)
Mr massa da amostra após a desidratação osmótica (g) Mi massa da amostra antes da desidratação osmótica (g) Msaca massa de sacarose presente na solução osmótica (g) Msa1 massa de sal presente na solução osmótica (g)
Msól.solúveis massa de sólidos solúveis presente no tomate in natura (g)
ms,o massa de água presente no tomate após a desidratação osmótica (g) mi massa inicial da amostra (g)
IIlproduto m, ffisaca ffisal ffisól.solúveis mTágua n N p po
PA
PM PMNaCI t Tu
Ur V extração Vgw
XXo
X. Xm XfXoz
massa do produto (g) massa de sólidos secosmassa de sacarose presente no tomate após a desidratação osmótica (g) massa de sal presente no tomate após a desidratação osmótica (g)
massa de sólidos solúveis presente no tomate após a desidratação osmótica (g) massa total de água, presente na solução de tomate e na solução osmótica (g)
soluto puro
massa do resíduo (g)
normalidade do AgN03 (N)
pressão de vapor da água de uma solução à temperatura T pressão de vapor de água pura à temperatura T
perda de água (%)
perda de massa durante a desidratação osmótica(%) peso molecular do NaCl (g/gmol)
tempo (s)
temperatura (0C}
umídade em base úmída (gHzol&nassa iniciai)
umidade final da amostra em base úmida (gHZof&nassa iniciai) umidade inicial da amostra em base úmída (gHZofg.,.ssa iniciai)
volume de extração ( mL)
volume gasto na titulação (mL)
concentração mássica (&olmo/ kgHzo) umídade em base seca (gHZoi[5sóiidos secos) umidade inicial do produto (gmo/g&,tidos secos) umidade de equilíbrio do produto (gHZof&óiidos secos) umídade da monocamada (gHZof&ólidos secos)
umídade adimensional constante (Eq. 2.2)
Fatias de tomate da variedade Santa Clara, sem pele e sem semente, com umidade inicial em torno de 95% foram submetidas a um pré-tratamento osmótico a 30°C, com soluções mistas de NaCl e sacarose, com o objetivo de avaliar o processo e melhorar a qualidade do tomate seco com ar aquecido. Foram utilizados também, tomates inteiros e fatias de tomate com pele e com a pele perfurada.
As quatro soluções osmóticas utilizadas nos pré-tratamentos das fatias possuíam atividade de água, aw de 0,935. Uma solução de NaCl puro (20% em peso) com aw de 0,839 também foi usada. Apesar das soluções osmóticas terem a mesma atividade de água, as taxas de transferência de massa foram bem distintas, sendo maiores, quanto maior o peso molecular médio dos solutos osmóticos. Contatos sequenciais com soluções diferentes, indicam que o NaCl promove a destruição da seletividade celular ocasionando maiores volumes de trocas de massa.
Os ensaios demostraram que fatias podem ser desidratadas por osmose mantendo a sua integridade e aparência por até 15 horas de contato. Após 8 horas de osmose, a umidade das fatias de tomate sem pele baixou para 88,5%, com solução de 10% sal; 79,5% com 20% de NaCl; 75,3% com a mistura de 5,8% NaCI e 23,6% sacarose; 79,1% com 2,4% NaCI e 40% sacarose e 70,7% com 50% sacarose. Para o tomate inteiro, tempos de osmose superiores a 20 horas mostraram-se inviáveis pois ocorre uma deterioração no seu interior.
O alto poder impermeabilizante da pele diminuiu o fluxo de saída de água e entrada de sólidos em mais da metade, em relação ao tomate sem pele.
Os dados experimentais da variação da atividade de água durante a desidratação osmótica do tomate sem pele foram bem ajustados ao Modelo da Difusão de Fick, indicando uma maior difusividade da água nos processos que usam cloreto de sódio.
Após a secagem com ar aquecido, o produto pré-tratado osmóticamente exigiu menor tempo de secagem e apresentou-se mais atraente em relação a cor e textura, quando comparado com o tomate in natura. A cinética de secagem das fatias de tomate sem pele seguiu o Modelo da Difusão de Fick Modificada, de dois estágios.
Palavras-chave: desidratação osmótica, tomate, secagem.
ABSTRACT
Tomato slices (cv. Santa Clara), without the skin and seeds, with an initial moisture content around 95% (wet basis) were osmotically pre-treated with mixed solutions ofNaCI and sucrose, at 30°C, with the objective to evaluate the osmotic dehydration process and to improve the quality of air dried tomatoes. Whole tomatoes and slices with skin, integral or punctured, were also evaluated.
Four osmotic solutions with water activity, aw, of 0,935 were used in the pre-treatments, and the results compared with a fith solution, 20% NaCl (w/w), with
aw
of 0,839. Although the osmotic solutions have the same water activity, the mass transfer rates were quite different, with higher values for the higher average molecular weight solutes. Sequencial contacts with different solutions indicated that NaCl induces a disruption of the celular selectivity, promoting higher mass interchanges.The tests indicated that tomato slices can be osmotically dehydrated, keeping their integrity and appealing appearence, until 15h of contact. After 8 hours of osmosis, the moisture content (wet basis) of skinless tomato slices decreased to 88,5%, with a 10% salt solution; 79,5% with 20% salt solution; 75,3% with 5,8% salt and 23,6% sucrose solution; 79,1% with 2,4% NaCI and 40% sucrose solution and 70,7% with 50% sucrose solution.
The inside content of whole tomatoes deteriorated after 20 hours of osmotic treatment. The presence of the skin reduced the outlet flux of water and inlet flux o f solutes by less than halfthe fluxes obtained with skinless slices.
The experimental data of the variation of the water activity during the osmotic dehydration of skinless tomato slices were well correlated by Fick's diffusion model modified, and indicated a higher water diffusion coefficient in processes that include NaCI.
After the hot-air drying, the osmotically pre-treated slices exhibit a more appealing color and texture, compared to non-treated dried tomato and demanded less drying time. The hot-air drying kinetics of the skinless tomato slices followed a two-stage Fick Diffusion Model Modified.
O tomate é uma das culturas nacionais de maior importância econômica, pois é a hortaliça mais industrializada na forma de inúmeros sub-produtos, um deles o tomate seco, cujo mercado vem crescendo consideravelmente. No entanto, o tomate seco presente no mercado não possui uma boa qualidade visual, sensorial e nutricional. Além disso, o seu custo de produção é alto, pois possui um alto conteúdo de umidade (cerca de 95%), exigindo um elevado tempo de secagem para atingir uma umidade ideal para o seu armazenamento.
Com a finalidade de melhorar a qualidade do tomate seco presente no mercado, alguns pesquisadores têm se dedicado a estudar a secagem de tomate utilizando diversos tipos de pré-tratamento como branqueamento, infiltração de amido e CaCb.
Nos últimos anos o interesse pela desidratação osmótica como um pré-tratamento da secagem de tomate vem aumentando consideravelmente pois apresenta certas vantagens sobre outros métodos de preservação, como minimizar os danos causados pelo calor à cor, textura e sabor.
A desidratação osmótica consiste na imersão do alimento em líquidos com uma atividade de água menor do que a do alimento. O gradiente de atividade de água que surge entre o alimento e a solução provoca fluxos simultâneos de massa. Ocorre um fluxo de
CAPÍTULO l - INTRODUÇÃO 2
massa de água do produto em direção à solução e em contra-corrente, um fluxo de massa de soluto, da solução em direção ao alimento, ocupando o espaço intercelular, pois a maioria dos solutos tem dificuldade em difundir através das membranas semi-permeáveis das células. Em algumas situações em que a impregnação do alimento pelo soluto é desejável, é possível induzir alterações na estrutura celular (como pelo tratamento térmico, por exemplo). Com isso, o processo de desidratação osmótica causa uma transformação dupla no produto: a sua desidratação e alteração na composição.
O processo de desidratação osmótica geralmente não produz produtos estáveis e deve ser usado apenas como um pré-tratamento antes de algum processo final como a secagem, congelamento, pasteurização, etc., podendo conferir uma melhor qualidade ao produto final. O soluto introduzido durante o processo osmótico melhora a reidratação do produto e tem um efeito protetor sobre a estrutura natural do tecido, limitando assim o colapso e dilaceração do tecido vegetal quando este é submetido ao processo posterior de interesse.
Diversas pesquisas têm sido feitas utilizando a desidratação osmótica como um pré-tratamento à secagem convectiva, pois além de fornecer um produto de melhor qualidade em termos visuais, sensoriais e nutricionais, pode reduzir os custos energéticos por unidade do produto, apesar de incorporar o custo do processo.
A incorporação do soluto no produto forma uma camada superficial que se espessa durante a secagem com ar quente, aumentando a resistência da saída da água e diminuindo a taxa de secagem. Apesar dessa diminuição, o tempo de secagem do produto in natura (sem
pré-tratamento osmótico) é maior do que o produto tratado, pois este vai para a etapa de secagem com uma umidade relativamente menor.
O tratamento osmótico apresentado neste trabalho utiliza como solutos, a sacarose e o cloreto de sódio. Foi utilizada apenas uma solução osmótica com atividade de água de 0,8390, as demais soluções possuíam atividade de água de 0,9348, que corresponde á atividade de água uma solução de 50% sacarose.
Procurou-se avaliar o desenvolvimento da desidratação osmótica em função da solução osmótica de sal e sacarose puros e das suas misturas.
Em uma segunda etapa, comparou-se o processo de secagem com ar, usando a desidratação osmótica como um pré-tratamento.
Na apresentação deste trabalho temos:
A Revisão Bibliográfica, apresentada no Capítulo 2, onde são abordadas as características gerais do tomate, a sua histologia, composição, secagem e pré-tratamentos. Alguns trabalhos referentes à desidratação osmótica, a combinação desta com a secagem a ar e os trabalhos mais recentes de desidratação osmótica de tomate, e finalmente alguns trabalhos que envolvem a modelagem da desidratação osmótica.
No Capítulo 3, foram detalhados os materiais, métodos e equipamentos utilizados na pesqmsa.
Os resultados obtidos e as suas discussões são apresentadas no Capítulo 4, e no Capítulo 5 tem-se as conclusões. O Apêndice B apresenta uma isoterma de adsorção do tomate desidratado osmóticamente.
CAPÍTULO 2- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO TOMATE
O tomate ( Lycopersicon esculentum) tem a sua origem no oeste da América do Sul, em
uma área onde hoje ficam o Equador, o Peru e a Bolívia.
Atualmente os maiores produtores mundiais de tomate são os Estados Unidos, Itália, Grécia, Egito, Turquia, Espanha, México e BrasiL Em nível nacional, os maiores produtores têm sido os estados de São Paulo, Pernambuco, Minas Gerais, Bahia e Rio de Janeiro. (JARDIM, 1991).
O tomate é a segunda hortaliça em área cultivada no mundo e a primeira em volume industrializado. No Brasil, é uma das culturas nacionais mais importantes, pois é a hortaliça mais industrializada na forma de inúmeros sub-produtos como extrato, polpa, pasta e mais recentemente, o tomate seco, cujo mercado vem crescendo consideravelmente.
O tomate mais adequado para o consumo deve possuir o equilíbrio dos elementos ácido e doce á sua mistura, uma boa textura da polpa e bastante suco. O sabor do tomate pode mudar devido à temperatura, ao tipo de solo, à qualidade de luz ou pelo cultivo ser feito em estufa ou ao ar livre. Outro fator crucial para reter o sabor do tomate é a ocasião em que é colhido. Quanto maior o tempo em que o fruto for deixado na planta, e quanto mais rapidamente for consumido depois de maduro, melhor será o sabor.
O tomate maduro tem uma vida média de prateleira de uma semana, com perdas pós colheita de 25 - 50%. O tomate parcialmente maduro tem uma vida média de prateleira maior, de
I -2 semanas e perdas pós colheita de 20- 40"/o (BARRETT, 1990).
Os tomateiros são normalmente cultivados em estufas e só transportados para o ar livre depois que o primeiro par de folhas aparecer. A época do ano mais propícia para o plantio é de março a maio, período em que as quedas de temperatura não são mais tão nocivas à planta.
Os tomates precisam de 20 a 30 dias para atingir o tamanho ideal depois do nascimento das flores e mais 3 ou 4 semanas para amadurecerem completamente. O ciclo total é de aproximadamente I 00 dias.
Atualmente, vários tipos de tomate, com diferentes formatos, cores e sabores, são encontrados por todo o mundo. A Tabela 2.1 apresenta uma breve descrição de algumas variedades de tomate que são ilustradas na Figura 2.1.
CA.PÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
TABELA 2.1 - Descrição de algumas variedades de tomate Variedade ROMA SHJRLEY LONGKEEPER CAQU1
I
CaracteristicasI
Para uso em concentrados, é um tipo clássico italiano, cultivadoI
especialmente para a indústria. Tem pouco sabor, mas é excelenteI
para sopas, molhos, purês, cremes e sumos.Um tipo europeu conhecido pelo seu fi:uto firme, vermelho e redondo. É saboroso, possui equilíbrio entre o ácido e o doce e é apropriado tanto para saladas quanto para cozinhar.
1 Tomate que pode ser armazenado por longos períodos depois de
I
colhido. O fi:uto maduro possui pele no tom laranja-dourado e o' '
interior levemente vermelho. E bastante ácido e tem um bom sabor O fi:uto é muito grande, com um ótimo sabor e interior bem firme. Tem formato arredondado, achatado no ápice e na base, mais de quatro !óculo e peso médio variando de 220 a 400g. É usado em saladas.
Tomate tipo francês, sulcado irregularmente. Possui sabor e textura SUPERMARMANDE excelentes e os fi:utos grandes e firmes são recomendados para
1 todos os usos. INDUSTRIAL SWEET CHELSEA CEREJA YELLOW CURRANT YELLOWPEAR ALI CANTE TIGERELLA
Fruto com formato oblongo ou periforme. Quando maduro, a coloração é uniforme, a polpa é grossa e o peso médio varia de 70 a 220g. Apresenta grande variação de número de !óculos e as plantas são rasteiras.
Tomate tipo cereja, de formato grande e com um sabor bastante doce. É quase sempre usado em saladas e tem grande popularidade por ser resistente e produzir fi:utos rápido e em abundância.
Possui de 2 a 3cm de diâmetro, a pele é fina e vermelha. O sabor é equilibrado, tendendo mais para o doce. É usado em saladas e pode ser congelado inteiro.
Tomate pequeno, do tamanho de uma uva, que fica com a pele em um tom amarelo-alaranjado quando maduro. Com o gosto não muito forte, é adequado para guarnecer saladas.
Fruto em forma de pêra, geralmente com 2,5cm de diâmetro na parte mais larga. É bastante usado na decoração de saladas e seu sabor é definido como agradável e suave.
Uma antiga variedade européia, de alta qualidade. Seu fi:uto tem tamanho médio, é doce e com bom sabor. Pode ser usado tanto fresco quanto para cozinhar.
Tomate popular, redondo ou em forma de ameixa, de tamanho médio. Possui uma aparência bonita devido aos riscos em tons mais
I
claros, e seu sabor é bastante agradável e definido. É usado _ sobretudo em saladas.
ROMA SHIRLEY LONGKEEPER
C AQUI SUPERMARMANDE INDUSTRIAL
SWEET CHELSEA CEREJA YELLOW CURRANT
YELLOWPEAR ALI CANTE TIGERELLA
CAPÍTULO 2 -REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1.1 Histologia do tomate
O tomate possui uma estrutura interna parecida com um material fibroso enquanto a área da polpa contém sementes feitas de material não poroso (HAWLADER et al., 1991).
De acordo com GOULD (1974), as células do epicárpio do tomate possuem uma coloração amarela-esverdeada e um formato poligonal. Mesmo separadas da chamada !ameia interior, as células individuais permanecem firmemente encaixadas.
Na Figura 2.2 pode-se observar a seção transversal de um tomate, enquanto que na Figura 2.3 são apresentados alguns componentes celulares do mesmo (GOULD, 1974).
FIBROVA.SCULARES
FIGURA 2.2- Seção transversal do tomate (GOULD, 1974).
As células da polpa são claras e maiores do que as células da pele e a sua forma varia de oval a circular.
Os feixes fibrovasculares são brancos e têm a função de carregar umidade e nutrientes através da fruta. Ao microscópio, eles possuem uma coloração preta e os feixes se parecem com uma série de molas enroladas.
As células maiores do núcleo do tomate são claras, enquanto as menores têm uma cor âmbar devido a uma maior densidade do material celular. As células maiores se encontram em grupos, rodeadas pelas menores.
As células internas da semente podem ser retangulares, cúbicas ou ovais. Existe uma grande variação da cor, que depende da estrutura compacta da célula, quantidade e tamanho. As células mais escuras são mais compactas e aparentemente contêm mais citoplasma.
FIGURA 2.3 -Partes do tecido celular do tomate (GOl.JLD, 1974).
2.1.2 Composição do tomate
A polpa de tomate possui um alto conteúdo de umidade, cerca de 95% e, em termos nutricionais, possui poucas calorias. É rico em vitaminas A, C e E e minerais como cálcio, potássio, ferro e fósforo. É um alimento bastante benéfico à saúde, ajudando na digestão, na prevenção do câncer de próstata e de deficiências cardiovasculares, além de contribuir para a purificação do sangue (GOULD, 1974).
2.1.2.1 Sólidos
A presença de sólidos totais no tomate é da ordem de 7 a 8,5% onde 1% corresponde a pele e semente. Alguns estudos, entretanto, mostram haver casos onde a porcentagem de
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
sólidos totais no tomate variou de 4,5% a 9,5% em uma mesma safra e região. A Tabela 2.2 mostra a composição média de sólidos no tomate.
TABELA 2.2 - Composição do tomate
autores
constituinte GOULD (1974) BALASUBRAMANIAM (1984)
sólidos totais 7,0- 8,5% 4,40- 5,96% sólidos insolúveis 1,0% ... sólidos solúveis 4,0- 6,0%
i
... açúcar 2,0-3,0% 1,50- 2,80"/o ácido 0,3- 0,5% 8,10- 13,38 meq/100gproteína solúvel e amino ácido 0,8- 1,2% 6,84 - 13,0 mg/1 OOg
mmera1s 0,3 -0,6%
sal (cloreto de sódio) 0,05-0,1%
Os fatores que afetam a quantidade de sólidos em um tomate são: a variedade, característica do solo, e quantidade de chuva durante o crescimento e colheita.
Observou-se que em uma safra onde ocorreu seca durante a colheita, os tomates apresentaram sementes mais firmes e maior porcentagem de sólidos do que em época de chuvas (GOULD, 1974).
2.1.2.2 Carboidratos
Em variedades comerciais, a presença de carboidratos nos tomates é predominantemente de açúcares redutores. A sacarose é encontrada em quantidade insignificante; raramente excede O, 1% sobre a base úmida do tomate.
A quantidade de açúcar total no tomate varia de 2,1 a 3,6% e desses, cerca de 0,7% são polissacarídeos como a pectina e a celulose (GOULD, 1974).
2.1.2.3 Ácidos
O ácido cítrico é o ácido encontrado em maior quantidade no tomate e os ácidos livres são quase sempre determinados em termos de ácido cítrico monohidratado (GOULD, 1974).
2.1.2.4 Minerais
Os níveis de minerais encontrado nos tomates é relativamente baixo, de 0,3 a 0,6%, onde o cloreto de sódio varia de 0,05 a 0,1% (GOULD, 1974).
Os minerais aparentemente exercem um papel secundário na qualidade do produto final.
2.1.2.5 Pectina
O tomate maduro é caracterizado pela presença da pectina. Este polissacarideo é formado entre as células microscópicas que constituem o tecido vermelho (GOULD, 1974).
As pectinas são polímeros de ácido
a-13
galacturônico 1-4 e como tal podem variar de tamanho e peso molecular.A pectina é formada da protopectina, componente insolúvel presente no fruto ainda verde, com a função de unir firmemente as células deste fruto. A transformação da protopectina em pectina é responsável pelo amadurecimento do tomate. A pectina também une as células do tomate, porém, com menor rigidez. Com o passar do tempo, ela é quebrada em componentes solúveis com baixo poder de união das células.
Essa transformação é processada devido a ação de enzimas presentes na planta em fase de crescimento. A transformação da protopectina em pectina é promovida pela enzima protopectinase. A quebra da pectina em cadeias curtas é realizada pela ação da enzima conhecida como pectinase. Por fim, há a remoção do grupo meti! ester da molécula da
CAPÍTULO 2 -REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 12
pectina, transformando-a em ácido péctico. Essas enzimas são formadas durante o crescimento do fiuto, porém a sua ação não cessa durante toda a vida do tomate ou do seu produto.
Essas enzimas juntamente com a celulase tem uma importância significativa na textura do tomate processado.
A etapa de transformação da protopectina em pectina é responsável pelo estágio final do amadurecimento do fiuto. É nessa fase que se observa a passagem da cor do tomate de róseo para vermelho. Este aspecto é importante na seleção do fiuto como forma de garantir uma maior quantidade de pectina natural ao produto processado do tomate.
2.1.2.6 Composição dos nutrientes do tomate e seus produtos
Os principais nutrientes do tomate e seus produtos são a vitamina C e o ferro, além da vitamina A (GOULD, 1974).
A vitamina C é a vitamina antiascórbica, necessária para o metabolismo, pois ela é cicatrizante e sintetizadora de colágeno. Nos tomates, a atividade da vitamina C é concentrada na forma reduzida de ácido ascórbico. O ácido dehidroascórbico compõe de 1 a 5% do ácido ascórbico total do tomate. A concentração de ácido ascórbico em tomates maduros e frescos é cerca de 25mg por lOOg. Com isso, um tomate pequeno supre cerca de 40% da necessidade de vitamina C de um indivíduo adulto, e cerca de 66% da necessidade diária de uma criança.
O ferro é outro nutriente de grande importância ao homem, presente no tomate.
A vitamina A no tomate se encontra na forma de caroteno. Os carotenos fornecem a coloração dos alimentos, variando desde o amarelo pálido até o vermelho. Um sistema de ligações duplas conjugadas constitui o cromóforo responsável pela cor. Essa ligação dupla pode sofrer isomerização e oxidação, ocasionando a perda da cor e da atividade da vitamina A. Por isso, a retenção dos carotenóides é uma preocupação durante o processamento e a estocagem dos alimentos.
Os principais componentes carotenóides no tomate são o licopeno e o beta-caroteno.
2.1.3 Secagem do tomate
Os tomates inteiros ou sua polpa podem ser desidratados por camada de espuma (foam mat), liofilização, spray dryer e a vácuo. A secagem do tomate ao sol tem sido praticada
principalmente em países mediterrâneos como a Itália, e em parte da Índia. Mas, o tomate seco ao sol apresenta uma cor escura e uma baixa taxa de reidratação (GUPTA e NATH, 1984; TRIPATHI e NATH, 1989). O mercado para o tomate seco vem exigindo cada vez mais produtos de melhor qualidade, fato que vem motivando uma série de pesquisas sobre o assunto.
HAWLADER et ai. (1991) estudaram o processo de secagem do tomate sob diferentes
condições de operação (temperatura do ar e vazão). Observaram que altas temperaturas e velocidades do fluxo de ar aumentam a taxa de secagem, e. para as condições experimentais estudadas, as amostras não apresentaram taxa constante de secagem. A temperatura da amostra e o efeito de encolhimento foram relacionados ao conteúdo de umidade da amostra e um modelo de encolhimento em função da perda de água foi proposto.
A fim de obter tomate seco de melhor qualidade, alguns pesquisadores submeteram o produto a um pré-tratamento para fortalecer as condições estruturais do tomate e diminuir os danos térmicos na secagem.
2.1.3.1 Pré-tratamentos
Em uma das primeiras pesquisas sobre o efeito do pré-tratamento, GUPTA E NATH (1984) submeteram o tomate inteiro a um branqueamento na salmoura fervente a 2,5% por 10 segundos. O branqueamento térmico detém o ataque de enzimas responsáveis por mudanças não desejáveis na cor, odor, textura e ajuda também na preservação do conteúdo de vitaminas. Após o branqueamento o tomate foi cortado em diferentes espessuras e seco em um secador de bandejas com ar à temperatura de 70 e 80°C, obtendo-se uma umidade final de 8-10%.
CAPÍTULO 2 ·REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Observou-se que pedaços de espessura mais fina e a 80°C requerem um menor tempo de secagem. O tempo de secagem das amostras branqueadas foi muito menor do que das amostras não-branqueadas. Observou-se também que as amostras reidratadas do tomate submetido ao branqueamento são melhores, em relação à cor, do que as não branqueadas. Em termos de análise sensorial, os analisadores não encontram diferenças entre as duas amostras.
Em outra pesquisa, uma boa retenção na cor do tomate seco foi obtida durante seis meses de estocagem., utilizando um processo de branqueamento do tomate inteiro em salmoura fervente, 2,5% por 60 segundos, antes de cortá-lo em fatias de 1,5cm de espessura. As fatias foram mergulhadas por 2 minutos à temperatura ambiente em uma solução de amido 2% e 5% de solução de metabissulfito de potássio e, por fim, foi realizada a secagem em ar a 78°C e 55°C. Observou-se uma lenta perda de ácido ascórbico nas primeiras três horas de secagem seguido de um aumento na sua taxa de decomposição. Não houve redução na quantidade de licopeno (TRIPATIIT e NATH, 1989).
A secagem de tomates em pedaços foi estudada por OLORUNDA et al. (1990), usando um secador com fluxo de ar concorrente e contra-corrente, às temperaturas de 60, 70 e 80°C e velocidade de 1,75 rn!s. Observou-se que a taxa de secagem aumentou com a temperatura e a remoção de umidade foi maior com fluxo concorrente para todas as temperaturas. Uma menor umidade e melhor aparência foram obtidas mergulhando os pedaços de tomate em NaCl por três minutos ou em uma solução contendo 9 g/L de metabissulfito de potássio e lOOg de NaCI antes da secagem.
R O MERO ( 1999) utilizou diferentes tipos de pré-tratamento, como o branqueamento em água fervente, em vapor de água e em salmoura, imersão em soluções de amido e em soluções de CaCh para as fatias de tomate da variedade Santa Clara. Os pré-tratamentos foram combinados com uma pré-secagem a altas temperaturas e curto tempo, seguido da secagem à temperatura de 60°C até peso constante. Durante a secagem., foi realizado o monitoramento da cor e do conteúdo de ácido ascórbico, confirmando que a temperatura de 60°C mantém a qualidade da cor. O conteúdo de ácido ascórbico se manteve constante em todos os pré-tratamentos. A pré-secagem a 80°C por 50 min seguida de perfurações, usando fatias de
tomate sem pele, in natura ou pré-tratada com salmoura e amido diminui o tempo de secagem quando comparada com os outros pré-tratamentos.
2.2 DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA
A desidratação osmótica é considerada uma técnica de pré-tratamento que possibilita a obtenção de produtos de alta qualidade através da remoção da água sem mudança de fase.
Esse processo consiste em colocar o alimento sólido ou cortado em pedaços em uma solução aquosa com uma atividade de água menor do que a do alimento.
O gradiente de atividade da água que se forma entre o alimento e a solução hipertônica, provoca um mecanismo de transferência de massa entre a solução e o produto, que pode ser visto na Figura 2.4.
Os dois principais fluxos são:
./ o fluxo de massa de água que difunde de dentro da amostra na direção da solução .
./ o fluxo do soluto da solução em direção ao produto. Esse fluxo possibilita a introdução de princípios ativos, agentes de preservação, qualquer soluto de interesse nutricional ou que melhore a qualidade sensorial do produto final. Esse fluxo é mais lento que o primeiro e é controlado pela seletividade da membrana celular.
Existe ainda um terceiro fluxo que está relacionado à saída de substãncias de baixo peso molecular (ácidos orgãnicos, vitaminas, etc), que é quantitativamente desprezível em relação aos dois primeiros fluxos, mas que pode ter muita importãncia em termos nutricionais e sensona1s.
CAPÍTULO 2 -REVISÃO BffiLIOGRÁFICA SOLUCAO OSMÓXICA SUBSTANCIA - - - N OSMÓTICA PRODUTO
FIGURA 2.4 -Esquema da transferência de massa durante a desidratação osmótica (LENART, 1996).
Segundo LENART e FLINK (1984), no equilíbrio (quando as transferências entre o alimento e a solução cessam) há uma igualdade na atividade da água presente no alimento e na solução osmótica.
O resultado desse mecanismo de transferência de massa é uma diminuição na atividade da água da amostra com um aumento simultâneo de sólidos, o qual pode resultar em uma redução no peso.
O produto final dependerá do processo a que será submetido o alimento tratado asmaticamente. A Figura 2.5 mostra um fluxograma dos tratamentos posteriores à desidratação osmótica.
A principal característica dos produtos tratados osmóticamente é a formação e a retenção de uma camada superficial do soluto concentrado. A formação desta camada limita a
impregnação de soluto e reduz a perda de sólidos solúveis como o ácido ascórbico e a fiutose durante algum tratamento posterior.
Segundo LENART (1996), o alimento in natura com estabilidade de prateleira possui uma atividade de água de 0,94-0,97 e um conteúdo de água na faixa de 65-75%, enquanto que o alimento de umidade intermediária (IMF) possui uma atividade de água de 0,65-0,90 e quantidade de água de 20-50%.
Na ma10na dos estudos e nas condições industriais, a atividade de água final do alimento submetido ao tratamento osmótico excede 0,90. Por isso há necessidade de uma técnica subsequente para a preservação do alimento.
2.2.1 Variáveis da desidratação osmótica
A cinética da transferência de massa durante a desidratação osmótica depende das:
,r propriedades do tecido natural;
,r variáveis de operação.
2.2.1.1 Propriedades do tecido vegetal
A perda de água e o ganho de sólidos são controlados principalmente pelas características da matéria prima, influenciadas pelos possíveis pré-tratamentos e pelo aumento da concentração de soluto da solução osmótica. Normalmente a desidratação osmótica não é usada para urna redução de peso maior do que 50%, devido ao decréscimo na taxa de osrnose com o tempo (LERICI et a!., 1985; TORREGGIM'I, 1993).
Segundo TORREGGIANI (1993), a membrana plasmática é quem controla o processo de desidratação osmótica, permitindo a passagem das moléculas de água e, em menor grau, a passagem das moléculas do soluto.
~CM~Í~~0~2~-~~~~~SÃ~O~B=ffi=L=IOG~Mfl~-~C=A~--- 18
PRODUTO
(Frutas
e Vegetais)
~TRATAMENTO
OSMÓTICO
,
,
PRODUTO
FORMULADO
•
•
•
•
ADIÇÃO DE
AGENTES
SECAGEM
PASTEURIZAÇÃO
CONGELAMENTO
PRESERVATIVOS
•
r•
AR
VÁCUO
QUENTE
MODERADA
•
•
,,
,
,
irPRODUiO
ALIMENTO DE
ALIMENTO
I 'ALIMENTO
ENLATAMENTO
SECO
UMIDADE
DESIDRO-
DESIDRO-INTERMEDIÁRIA
(00)
PASTEURIZADO
CONGELADO
FIGURA 2,5 -Esquema da obtenção do produto final tratado osmoticamente (JAYARAMAN e DAS GUPTA, 1992;RAOULT-WACK, 1994;LENART, 1996)
O excesso de amadurecimento, pré-tratamento com SOz, branqueamento ou congelamento aumentam a permeabilidade e diminuem a seletividade do tecido vegetal ocasionando o favorecimento do ganbo de sólidos e diminuindo a perda de água do produto (PONTING, 1973; TORREGGIANI, 1993; MAURO e :MENEGALLI, 1995; LAZARIDES et
a!., 1995).
Batatas foram submetidas a um branqueamento térmico antes da desidratação osmótica em uma solução salina de 20% de NaCI e observou-se uma redução na perda de água e aumento no ganbo de sólidos quando comparado ao processo sem tratamento térmico. Concluíram que houve uma perda da integridade da membrana, devido ao aquecimento utilizado no processo de branqueamento (ISLAM e FLlNK, 1982).
Segundo RAOULT-WACK (1994), a presença de uma membrana celular intacta não é uma condição necessária para atingir uma alta perda de água e baixo ganbo de soluto. Isso foi comprovado com experiências usando um modelo de alimento gel, sem membrana.
Shi e Fito (1993), citados por KARATHANOS e KOSTAROPOULOS (1995), indicam a porosidade como um fator chave durante o processo de desidratação osmótica. A alta porosidade em algumas fiutas melhora o processo de osmose, pois facilita o transporte da água.
2.2.1.2 Variáveis de operação
A transferência de massa durante a desidratação osmótica depende de variáveis de operação como: área superficial específica dos alimentos, agitação, temperatura, tempo de osmose, concentração e composição da solução e razão produto/solução. A perda de peso tem se mostrado diretamente proporcional a esses parâmetros (RAOULT-WACK, 1984; LERICI et al., 1985; RAHMAN e LAMB, 1990).
Embora a taxa de desidratação aumente com a temperatura, existe um limite, acima do qual, inicia-se o escurecimento enzimático e a deterioração do sabor. Em alguns casos, é
~C~AP~DvL~~0~2~-~RE~~~SA~-~O~B~ffi~L~I~OG~RAF~·~IC~A~--- 20
preferível usar um longo tempo de osmose com baixa temperatura, próxima à ambiente (PONTING et aL, 1966; RAOUL T-W ACK, 1994).
LENART e FLINK (1984), em seu estudo com batata observaram que o aumento da temperatura e o tempo de osmose melhorava o efeito da desidratação osmótica. Resultado semelhante foi observado por BERISTAIN et ai. (1990), em seu estudo com rodelas de abacaxi, no qual o ganho de açúcar e a perda de água aumentava exponencialmente com o tempo.
Em outro estudo com abacaxi foi observado que a perda de água do abacaxi em solução concentrada de sacarose aumenta linearmente com a temperatura. Houve também um aumento na massa de sólidos ganha pelo produto até a temperatura de 50°C, a partir da qual ocorreu uma queda súbita (RAHMAN e LAMB, 1990).
A maioria dos trabalhos sobre o processo de desidratação osmótica observa que a taxa de desidratação aumenta com a temperatura, mas BISWAL et aL (1991) constataram que a melhor temperatura do processo depende do alimento, pois em seu trabalho com ervilhas observou que 40°C era uma temperatura muito alta para o seu processo, obtendo melhores resultados com 20°C.
Foi observado que a taxa de remoção da água é maior no início do processo, seguido de um decréscimo na taxa de osmose com o tempo. A diferença entre a taxa de remoção e a taxa de penetração do soluto também é maior no início da osmose (RAOULT-WACK, 1994; LENART, 1996). LAZARIDES et a!. (1995), em seu estudo com maçãs, observaram que as maiores taxas de remoção de água e ganho de sólidos ocorreram durante a primeira hora de osmose, seguido de uma diminuição da taxa com o tempo. Essa rápida perda de água no início se deve aparentemente a grande força osmótica entre a fiuta e a solução, além da formação de uma camada de sacarose na superfície do produto com o tempo, que impede tanto a saída de água, como o ganho de soluto pelo produto.
Segundo LENART (1996), existem duas tendências na aplicação da desidratação osmótica como um pré-tratamento para a secagem convectiva: desidratação a baixas temperaturas por um longo periodo de tempo e desidratação a altas temperaturas, mas por um curto periodo de tempo.
Maçãs em cubo foram submetidas a um processo de desidratação osmótica a altas temperatura e curto tempo. O processo osmótico foi fortemente acelerado pela alta temperatura e além disso, houve a inativação completa das enzimas (Lerici et ai., 1983 citados por JAY ARAMAN et a!., 1992). O mesmo foi observado com cubos de cenoura (Martracola et a!., 1987 citados por JAY ARAMAN e DAS GUPTA, 1992) e outras fiutas e vegetais
(Lerici et a!., 1988 citados por JA Y ARAMAN e DAS GUPTA, 1992).
Segundo Raoult-Wack et ai. (1991) citados por SANTOS (1998), a agitação tem grande influência sobre o aumento da perda de água e sobre a diminuição do ganho de soluto, principalmente em soluções concentradas. Ela garante que a solução concentrada seja renovada ao redor da partícula e uma diferença de concentração favorável para a transferência de massa é recriada.
A taxa de desidratação osmótica também se mostrou maior na solução de açúcar, com agitação do que sem. Mas, comparando-se os valores obtidos, observou-se uma diferença tão pequena, que em alguns casos poderia ser mais econõmico não usar agitação (PONTING et a!., 1966).
Nas soluções concentradas, quando não existe qualquer tipo de agitação, pode ocorrer a precipitação dos solutos e o seu acúmulo na base do recipiente, alterando assim o potencial para a transferência de massa da desidratação osmótica (BERINSTAIN et a!., 1990).
2.2.1.3 Solução osmótica
Uma importante variável no processo de desidratação osmótica é a escolha do tipo de soluto e da concentração osmótica.
~C~AP~ÍTUL~~0~2~-~RE~VI_S~N_-O __ B_ffi_L_I_OG __ ~_-__ C_A ________________________________________ 22
A solução osmótica deve ter uma baixa atividade de água e, além disso, o soluto deve possuir sabor agradável e não ser tóxico. Segundo PONTING et al. (1966), os açúcares são um grupo que se enquadram nesses requisitos e, dentre eles, a melhor substância é a sacarose, principalmente se, após a osmose, o produto for seco convencionalmente. A razão ótima produto/açúcar deve ser tal que se consiga alcançar a desejada remoção da água sem diminuição significativa da sua taxa. Deve-se também avaliar a solubilidade do açúcar residual, pois é desejado ter um xarope, ao invés de açúcar sólido ao final do processo, para que a fiuta seja drenada facilmente.
Sloan e Labuza (1975) citados por ISLAM e FLINK (1982), revisando algumas equações, observaram que alguns tipos de componentes como o sal e o glicerol, particularmente, são efetivos em reduzir a atividade de água.
O cloreto de sódio é um excelente agente osmótico para os vegetais, mas o seu uso na concentração de pedaços de fiuta é limitado pois o seu sabor salgado é prejudicial ao alimento
(LERICietal.,
1985)-LENART e FLINK (1984), fizeram comparações de várias soluções osmóticas com 60% de sólidos totais, utilizando cubos de batata. Observaram que uma solução com mistura de sacarose e sal fornece uma diminuição da atividade de água em relação a solução de sacarose pura. Os valores da transferência de massa, porém, continuam iguais, devido a entrada do saL Nas soluções de sal e sacarose, a sacarose possui maior peso molecular fornecendo um maior gradiente de concentração, o qual resulta em maior perda de água, enquanto que o sal pode penetrar mais facilmente e fornecer um maior decréscimo na atividade de água do produto.
Foi observado que a perda de água e a atividade de água do produto final foram afetados não apenas pela atividade do agente osmótico, mas também pelo ganho de sólidos, que depende da composição química do xarope (LERICI et a!. 1985)_
O tipo de açúcar utilizado como substância osmótica afeta fortemente a cinética de transferência de massa e o equilíbrio da quantidade da água. O aumento da massa molar do soluto provoca uma diminuição de ganho de sólidos e um aumento na perda de água, favorecendo com isso a perda de peso; além disso a alta concentração de açúcar ao redor dos pedaços de frutas e vegetais previne a sua descoloração. Sacarídeos de baixa massa molecular (glicose, fruto se, etc.) favorecem o ganho de açúcar devido a alta velocidade de penetração das moléculas. A adição de NaCl favorece a transferência de massa na osmose devido a sua baixa atividade de água (TORREGGIANI, 1993).
Segundo RAOULT-WACK (1994), apesar da sacarose e o cloreto de sódio serem os agentes osmóticos mais usados, qualquer outro soluto solúvel ou solvente miscível em água pode ser utilizado. Como os solutos podem ser usados como agentes de desidratação e/ou agentes de impregnação, essas necessidades se tornam conflitantes, pois a impregnação é favorecida pelo baixo peso molecular dos solutos, enquanto a desidratação é favorecida pelo alto peso molecular. Dessa forma, o uso de mistura de dois ou mais solutos forneceria as vantagens de ambos, porém, a predição de uma mistura não é fácil, devido a interação dos solutos. É frequentemente necessária a determinação experimental da mistura que se ajusta a um dado produto. Observou-se que a mistura sacarose-sallimita a entrada do sal.
Em alguns casos, o ganho de açúcar resulta na formação de uma camada sólida concentrada sobre a superfície da fruta, diminuindo o fluxo de saída de água e, além disso essa camada coloca uma resistência adicional sobre a saída de massa, diminuindo a taxa do processo de desidratação complementar (vácuo, convecção, congelamento, etc) (LAZARIDES
et ai., 1995).
2.2.2 Atividade de água
A atividade de água é uma medida da energia química da água em um sistema. A taxa das reações químicas e biológicas nos alimentos depende da atividade de água. Por essa razão, na formulação de novos alimentos em laboratório é desejável manter a atividade química da água a níveis que irão minimizar a reação de deterioração.
CAPÍTULO 2 -REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A atividade de água é definida como a razão entre a fugacidade de água na solução, pela da água pura. Para a maioria dos casos de interesse na área de alimentos, a fugacidade equivale à pressão, logo temos:
a =.E_
w o
p (2.1)
Onde p é a pressão de vapor da água de uma solução à temperatura T e p0 é a pressão de vapor de água pura à mesma temperatura (JARDIM, 1991).
A atividade de água de produtos alimentícios é menor do que a unidade. A atividade de água é um dos parâmetros que define os limites inferiores da atividade química da água que pode agir dentro das seguintes funções:
../ como solvente para reagentes e para produtos;
../ como reagente;
../ como modificadora da atividade catalítica ou inibitória.
Em valores muito baixos de
aw
(de 0,2 a 0,4) a água está fortemente ligada e geralmente não está disponível para qualquer transformação (congelamento, secagem, etc). Sua disponibilidade de agír como solvente para reações, ou como reagente, aumenta com o aumento daaw.
Muitas transformações deteriorativas aumentam exponencialmente com a aw (JARDIM, 1991).Três classes gerais de compostos químicos são usados pelas indústrias como depressores de
aw:
os polióis (propilenoglicol, glicerol, sorbitol), os açúcares (frutose, sacarose, dextrose) e os sais (cloreto de sódio, lactato de sódio). Os polióis são os mais desejáveis do ponto de vista de sorção de umidade devido aos seus baixos pesos moleculares e em alguns casos pelo fato de serem líquidos. O sorbitol, um açúcar, é tecnicamente um poliol.O cloreto de sódio e o cloreto de potássio são os sais de uso mais antigo e mais comumente utilizados como solutos (JARDIM, 1991).
É necessário que se disponha de meios para predizer a
aw
de formulações, a partir de propriedades dos componentes, o qual inclui o soluto e o não-soluto. A maioria dos métodos de predição daaw
são limitados à fàse aquosa, pois eles são baseados na definição de concentração molar.O método de predição da aw utilizada em pesquisas com alimentos é o de CAURIE (1986), no qual a concentração molar e o coeficiente de atividade de água são substituídos por uma unidade de concentração em peso (g I KgH2o). A Equação 2.2 é aplicável a uma mistura simples de material solúvel e não solúvel presente no alimento. A Equação 2.3 prediz a aw de uma mistura multi-componente.
onde:
w
a~~= 1--(1+A xW +BxW2)
z
a~ =atividade de água do soluto puro
n = soluto puro
aw
= atividade de água da mistura de solutos W = concentração mássica (&<oluto I kgH2o) Zsacarore = 20060 Zcloreto sódio= 1762 -4 Asacarose = 3,8297 X 10 Ao!ord.o sódio = 2, 1915 X 10 4 Bsacarose = -7,4839 X 10-8 Bclorao sódio= 1,1316 X 10-6 (2.2) (2.3)CAPÍTULO 2 -REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.2.3 Desidratação osmótica de tomate
O uso da desidratação osmótica como pré-tratamento na secagem de tomates tem poucos registros na literatura. SHIDHU et al (1995) trabalharam com o tomate sem pele e cortado ao meio. Os tomates foram mergulhados em solução de CaCh, 1%, por 20 minutos e, em seguida, tratados com solução de sacarose 40 ou 50% a 30, 40 e 50°C por 2, 3 e 4 horas. Avaliou-se a perda de umidade, de peso, o ganho de sólidos e a cor. Observou-se que o aumento da temperatura e do tempo de imersão não tiveram efeito sobre a cor, mas provocaram o aumento das outras variáveis submetidas à avaliação, enquanto que o aumento da concentração da sacarose reduziu essas variáveis. Os tomates osmóticamente desidratados atingiram umidade de 18%.
Slll et al (1997) trataram a pele do tomate inteiro (variedade Heinz), a fim de aumentar a sua permeabilidade à água, e em seguida o submeteram à desidratação osmótica com uma solução de açúcar (65°Brix) na proporção amostra: solução de l: 10, à 25°C durante 6 horas. Após o processo de osmose, as amostras foram lavadas rapidamente em água, secas com papel absorvente e procedeu-se as análises necessárias. Os tratamentos utilizados para a pele do tomate foram: o tratamento químico onde foi usado (a) solução de 1 a 8% (v/v) de NaOH com ou sem 2 a 8% (v/v) de etil oleato, (b) solução de HCl com ou sem 2 a 5% (v/v) de etil oleato e (c) 2 a 8% (v/v) de etil oleato. O tomate inteiro foi imerso em uma das soluções a 25 ou 35°C, com agitação por 20 minutos, e em seguida lavado com água para remover a solução química da superfície do tomate. O segundo tratamento utilizado foi físico: a pele do tomate foi perfurada por um conjunto de agulhas, utilizando-se quatro níveis de densidade de furos, 40, 50, 80 e 120 furoslcm2 O último pré-tratamento foi a pelagem do tomate em água fervente. Comparando-se os tratamento utilizados, chegou-se à conclusão de que o tratamento físico foi o que apresentou melhores resultados em termos de perda de água, ganho de açúcar e cor, e, além disso, esse processo não deixava nenhum tipo de resíduo químico.
No Canadá, está em andamento um projeto, cujo objetivo é a melhora da qualidade do tomate seco usando a desidratação osmótica como pré-tratamento (LE MAGUER, 1998). Inicialmente, eles irão tratar a pele do tomate, mergulhando-o inteiro em uma solução química
para remover a camada de cera da superficie da pele, com a finalidade de aumentar a permeabilidade à água, mas procurando manter suas características de uma barreira para limitar o ganho de sólido. Em seguida, o tomate será cortado e a desidratação osmótica será dividida em duas etapas: o primeiro passo é a imersão do tomate em xarope de milho (60 -65°Brix), o segundo passo é a imersão em solução de cloreto de sódio (10-20%) á temperatura ambiente. A composição química, textura e a qualidade sensorial serão determinados para avaliar a eficiência e otimizar os parâmetros de operação.
2.2.4 Desidratação osmótica e secagem a ar
Algumas das vantagens da desidratação osmótica sobre outros métodos é minimizar os danos causados pelo calor á cor, textura e sabor. Dependendo do teor de umidade obtido após a desidratação osmótica, a combinação desta com a secagem pode ser vantajosa em relação à secagem convencional por convecção, pois pode reduzir os custos energéticos por unidade do produto, embora aumente o custo operacional, devido à solução osmótica.
Por estas razões, o interesse da pré-secagem do alimento, especialmente frutas e vegetais, pelo tratamento osmótico, seguido da secagem a ar tem aumentado (JAYARAMAN et ai., 1990; RAHMAN e LAMB, 1990; TORREGGIANI, 1993; KARATHANOS e KOSTAROPOULOS, 1995; LENART, 1996). A tendência de usar a desidratação osmótica como um tratamento preliminar não é apenas para a remoção de água e diminuição do tempo de secagem, mas principalmente para melhorar a qualidade do produto. O pré-tratamento minimiza a mudança de textura quando comparado com a secagem a ar sem o pré-tratamento. A presença do soluto introduzido durante a desidratação osmótica tem um efeito protetor sobre a estrutura natural da superficie do alimento, limitando com isso o rompimento das células durante a secagem e melhorando também a sua reidratação (RAOULT-WACK, 1994; KARATHANOS e KOSTAROPOULOS, 1995; LENART, 1996).
A desidratação osmótica favorece a cinética de secagem quando a concentração de sal não é muito alta, pois a alta concentração do soluto no tecido dos vegetais pode reduzir o
CAPÍTULO 2 -REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
transporte de umidade ao formar uma barreira sólida sobre a superficie do produto. (ISLAM e FLINK, 1982; RAHMAN e LAMB, 1990).
Alguns autores observaram que o ganho de sacarose durante a desidratação osmótica aumentava a estabilidade dos pigmentos das frutas durante a secagem e a estocagem, limitando ou evitando o uso de SOz (PONTING, 1966; TORREGGIANI, 1993; WELTI et ai.,
1995).
De acordo com JAYARAMAN et al. (1990), em seu estudo com couve-flor, no pré-tratamento utilizando solução de sacarose e sal, a parede celular e suas células permaneceram intactas. A espessura e a aparência da parede celular se mostraram similares à da parede fresca, além de reduzir o encolhimento do produto durante a secagem. Na couve-flor não tratada submetida à secagem, ocorreu a ruptura da parede celular e perda da integridade das células. O tratamento osmótico melhorou também o ganho de àgua durante a reidratação.
Analisou-se o comportamento da secagem a ar do abacaxi submetido ou não à osmose. Não houve evidência de um período de taxa constante durante a secagem a ar para os dois casos. As amostras submetidas à osmose com solução de açúcar 60% forneceram uma menor taxa de secagem devido a presença do soluto impregnado (RAHMAN e LAMB 1990).
WELTI et al. (1995), em seu estudo com mangas, observaram que o aumento na concentração de sacarose ou redução na atividade de água das fatias das frutas diminuía o transporte de umidade durante a secagem a ar. Apesar disso, ocorre uma redução no tempo de secagem necessário para alcançar uma umidade igual nas amostras tratadas osmotícamente quando comparadas com o tempo necessário para a fatia in natura. Esses resultados foram atribuídos ao menor teor de umidade das mangas submetidas à osmose antes da secagem. Além disso, o teor de àgua para se remover durante a secagem a ar é menor. Também não foi observado um período de taxa constante durante a secagem das mangas.
Outros autores também observaram que o aumento da quantidade de sólidos iniciais (redução da atividade de àgua inicial) provoca uma maior resistência para a eliminação da
água, diminuindo assim a taxa de secagem. Durante a secagem também não foi observado o período de taxa constante (ISLAM e FLINK, 1982; RAHMAN e LAMB, 1990; KARATHANOS eKOSTAROPOULOS, 1995; VERGARAetal., 1997).
A difusividade efetiva da água, resultante da aplicação da equação de difusão para a cinética de secagem de maçãs diminuiu significativamente para as amostras pré-tratadas com uma solução concentrada de açúcar, devido a menor porosidade e outros fatores fisico-químicos. A baixa difusividade pode ser benéfica para a estabilidade da estocagem das frutas desidratadas (K.ARATHANOS e KOSTAROPOULOS, 1995).
LEWICK et al. (1998) estudaram o efeito do pré-tratamento osmótico com uma solução de 6!,5% sacarose à 60°C por I hora, sobre a cinética de secagem de cebolas. A secagem foi realizada à 60°C com uma velocidade do ar de 2 rnls. O produto final apresentou cerca de 50% de umidade. O efeito do pré-tratamento osmótico sobre a taxa de secagem foi devido ao aumento da quantidade de massa seca e mudanças nas propriedades fisicas da cebola.
2.2.4.1 Modelo matemático
Os modelos matemàticos que descrevem a evaporação da àgua na secagem de um sólido, consideram como mecanismo principal a difusão baseada na Segunda Lei de Fick.
A Lei de Fick para um sistema unidimensional e homogêneo é dada pela Equação 2.4.
onde:
X= umidade do sólido no tempo t (gH2o/ §;óiicto)
t =tempo (s)
D =coeficiente de difusão (m2/s) L= espessura (m)
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para uma placa infinita com uma distribuição uniforme de umidade, na ausência de qualquer resistência externa à transferência de massa, as condições de contorno são:
t=O t
>o
t>o
X=Xo X=Xe X= finito para todo L L = Lsuperlicie L=OA solução fornecida por CRANCK (1983) para a Equação 2.4 é dada pela Equação 2.5
onde:
Xe = umidade de equilíbrio do produto (g112o I &<;lido)
Xo =umidade inicial do produto (gH2o/ &<;lido)
(2.5)
A Equação 2.5 assume que a temperatura da amostra e a sua espessura se mantém constante durante a secagem.
Para baixos valores de Xe é possível deprezà-lo da equação. Além disso, se L for suficientemente pequeno e t for alto, pode-se usar somente o primeiro termo da Equação 2.5, obtendo-se uma reta, em gràfico mono-log.
O coeficiente de difusão pode ser medido pela inclinação da reta obtida plotando-se,
( X- X ) _ (
tr't)
lnl X o _
J!,
em funçao de l L2 .2.2.5 Modelos matemáticos para a descrição da desidratação osmótica
A modelagem da desidratação osmótica é complexa pois envolve fluxos de soluções concentradas em contra-corrente. O processo envolve difusão molecular e escoamento do soluto, além de uma possível resistência externa à transferência de massa (CUSSLER, 1997).
No caso de soluções com apenas um soluto osmótico, existe um modelo para o cálculo dos dados de transporte de massa e atividade de água no equilíbrio. O modelo assume que na condição de equilíbrio deve existir uma igualdade da atividade de água entre o produto e a solução osmótica de sacarose e deve existir também uma igualdade na concentração de sólidos solúveis. Assume-se também que a quantidade de sólidos insolúveis na fruta não muda durante a osmose. Encontrou-se uma relação linear entre a quantidade de sólido normalizado e o log (1-aw). Para a determinação do tempo de equilíbrio de 20 horas, encontrado para cubos de batata de 20mm foram usadas soluções de sacarose na faixa de 10-70%. Os dados de transporte de massa puderam ser calculados com um erro médio menor do que 4%. A atividade da água também pôde ser calculada com boa eficiência. O modelo proposto foi capaz de predizer os dados de transporte de massa e atividade da água para um tempo de osmose menor do que o de equilíbrio para a concentração de sacarose na faixa de 40-70% (LENART e FLINK 1984).
BISWAL et a!. (1991), em seu estudo com ervilhas, utilizaram o parãmetro da
desidratação osmótica como uma função da concentração e temperatura da solução osmótica. Esse parâmetro foi calculado da inclinação da reta obtida da concentração de sal ou água contra a raiz quadrada do tempo.
Vários autores utilizaram a modelagem da lei da difusão de Fick para ajustar os seus dados experimentais, como no caso de BERINSTAIN et a!. (1990) em seu estudo com rodelas
de abacaxi utilizando a sacarose como agente osmótico. O modelo assume que a difusão permaneça constante com o tempo e dependa apenas da concentração inicial da solução osmótica e da temperatura. O modelo obtido ajustou adequadamente os dados experimentais, mas foram encontrados desvios consideráveis em algumas soluções. Isso pode ser explicado pelo fato da equação ser deduzida para um sistema agitado, e nos experimentos realizados não
CAPÍTULO 2 -REVISÃO BffiLIOGRÁFICA
houve qualquer tipo de agitação, o que pode ter introduzido urna resistência adicional ao modelo.
A maioria dos autores de modelagem não considera o encolhimento do produto durante o processo osmótico. HOUGH et al (1992) desenvolveram um modelo matemático que inclui a saída de água, entrada do soluto, redução na atividade de água e o encolhimento das fatias maçã durante o processo, obtendo um bom ajuste aos seus dados experimentais.
MAURO e MENEGAlll (1995) também avaliaram o coeficiente de difusão efetivo para a perda de água e aumento na quantidade de sacarose em fatias de banana através da lei de Fick aplicada a um corpo bidimensional. As fatias de banana foram assumidas como cilindros finitos. A solução da equação de difusão foi obtida pela combinação da solução analítica para um plano com espessura L e um cilindro infinito de raio a.
A perda de água e o ganho de sólidos de blueberries submetidas á desidratação osmótica com solução de sacarose pura foi também modelada através da lei de Fick. A difusividade efetiva encontrada para a perda de água foi maior do que para o ganho de sólidos. Ambos apresentaram a tendência de aumento com a temperatura e a concentração de sacarose, e poderiam ser modeladas com uma função quadrática da temperatura e concentração (NSONZI e RAMASW AMY, 1998).
Um modelo para soluções contendo dois solutos foi desenvolvido e aplicado por BISW ALe BOZORGMEHR (1992), para anéis de maçã, e aplicado por SANTOS (1998) para anéis de cebola. Foram usadas como solução osmótica misturas de sacarose e cloreto de sódio. A solução da segunda lei de Fick foi obtida pela concentração adimensional em função da raiz quadrada do tempo de contato. Neste modelo, foram definidas duas variáveis dependentes para a concentração, a perda de umidade e a incorporação da mistura cloreto de sódio e sacarose. Os parâmetros necessários para o modelo foram desenvolvidos numa faixa de temperatura de 20-50°C e a composição da solução osmótica foi mantida em 50% de sólidos totais. Esses parâmetros são funções das concentrações dos solutos na solução osmótica e da temperatura de contato.
CAPÍTULO 3- MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo descreve os materiais e equipamentos utilizados, o processamento, os métodos de análise utilizados e os cálculos para a avaliação das variáveis envolvidas neste trabalho.
3.1 MATÉRIA PRIMA
O tomate foi adquirido no comércio local de Campinas. A escolha foi realizada tomando-se como critério a variedade Santa Clara, a cor, o tamanho e a firmeza do tomate.
3.1.1 Caracterização da matéria prima
A caracterização dos tomates utilizados no trabalho experimental foi feita por meio da determinação da sua umidade, quantidade de sólidos solúveis (0Brix), e de sólidos insolúveis.
