CINÉTICA DE SECAGEM DE SEMENTES DE FRUTA DO CONDE
C. P. FÁVARO1, A. C. RODRIGUES2 e C. C. GARCIA31 Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química 2 Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento Acadêmico de Química 3 Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento Acadêmico de Alimentos
E-mail para contato: carolinacgarcia@utfpr.edu.br
RESUMO – O Brasil possui uma grande variedade de frutas devido às condições climáticas e edáficas diversificadas. A fruta do conde é uma fruta exótica, bastante perecível e sazonal, com características específicas, consumida principalmente in natura. A fruta possui grande quantidade de sementes e, por isso, com o intuito de reduzir o desperdício, estudou-se a cinética de secagem das sementes da fruta do conde, sendo essa operação unitária uma etapa para o aproveitamento do resíduo. As sementes foram obtidas de frutas colhidas de três diferentes árvores nos arredores da cidade de Medianeira – PR no mês de março de 2014, e as análises foram realizadas entre abril e agosto do mesmo ano nos laboratórios da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Medianeira. A cinética de secagem das sementes em estufa a 70 °C foi avaliada através de pesagens sucessivas e periódicas por um período de 3 horas. O coeficiente de difusão efetivo da água das sementes durante a secagem foi calculado segundo a segunda Lei de Fick com base nas soluções integradas de Crank para placa infinita e cilindro curto, tendo sido calculados coeficientes de difusão na faixa de 7,43·10-10 a 1,10·10-9.
Ambos modelos ajustaram-se aos dados experimentais, porém a consideração das sementes como placas infinitas apresentou melhor ajuste. As sementes apresentaram umidade inicial de 32,22% (base úmida) antes da secagem e, depois de secas, sua umidade foi de 7,05 % (base úmida).
1. INTRODUÇÃO
Dados do Instituto Brasileiro de Frutas revelam que o Brasil foi o terceiro maior produtor mundial de frutas em 2011. A fruta do conde, também conhecida como pinha, ata ou anona é cultivada em pequenos pomares devido às altas exigências da cultura, especialmente em mão de obra (Kavati & Piza Jr., 1997). A fruta se desenvolve bem em regiões de clima tropical e subtropical, sendo o fruto um sincarpo arredondado com coloração verde, polpa de cor branca translúcida com cerca de 60 sementes de cor preta em cada fruto (Donadio et al., 1998). Segundo Alves et al. (2000), o fruto possui em média 39,16% de casca, 11,03% de sementes, 48,13% de polpa e 1,68% de eixo. Recentemente, as sementes de frutas da família Annonacea estão sendo estudadas por possuir diversas classes de substâncias com atividades químicas e farmacológicas,
principalmente no que se refere às acetogeninas (Chen et al., 2012 a, b), substâncias biotivas com propriedades citotóxica, antitumoral, pesticida, vermicida, antimicrobiana, imunossupressora, antiemética, inibidora do apetite e antimalárica (Santos et al., 2007).
O termo secagem é aplicado à transferência de um líquido que está em um sólido molhado para uma fase gasosa não saturada, sendo de fundamental importância em alimentos devido à redução de sua atividade de água. A importância da secagem de sementes e grãos para a redução da umidade está relacionada ao armazenamento dos mesmos de forma a minimizar os riscos de contaminação microbiológica, principalmente por fungos. Menezes et al. (2012) estudaram o efeito de diferentes temperaturas de secagem de sementes de arroz irrigado avaliando a integridade física, qualidade fisiológica e a composição química das sementes. Os autores concluíram que temperaturas de até 38 °C na secagem não afetaram a qualidade das sementes, sendo possível utilizar essa temperatura para diminuição do teor de umidade para o armazenamento.
Estudos referentes a outros processamentos para o aproveitamento das sementes, não relacionados às acetogeninas, tais como a secagem para produção de farinha ou para a extração do óleo das sementes não foram encontrados na literatura.
Assim, com o objetivo de aproveitar o resíduo semente de fruta do conde, estudou-se a cinética de secagem das mesmas, sendo que essa operação unitária poderia ser utilizada como um pré processamento dos resíduos para a fabricação de farinhas ou para a extração do óleo das sementes, diminuindo o desperdício de alimentos.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1. Coleta das amostras
No mês de março de 2014 foram coletadas frutas do conde de três diferentes plantas em três diferentes cidades da região Oeste do Paraná: Santa Helena (A1), Cascavel (A2) e Medianeira (A3). Essa seleção foi aleatória, tomada em função do fato de que seriam necessárias várias frutas para compor os experimentos. Por isso, as frutas foram colhidas de três diferentes plantas que apresentavam um grande número de frutas em estágio de maturação caracterizado como “de vez”. Foi realizado o despolpamento manual das frutas e acondicionamento das sementes em freezer a -20 °C até o momento das análises.
2.2. Caracterização físico-química
As sementes secas foram caracterizadas com relação aos teores de água, cinzas e proteína-bruta, em triplicata, seguindo metodologias propostas pelo Instituto Adolfo Lutz (2008). Para essas análises utilizou-se uma amostra global, composta por uma mistura homogênea de sementes secas e trituradas das frutas provenientes das diferentes árvores. A umidade foi determinada pelo método gravimétrico, em estufa à 105 °C até peso constante; o teor de cinzas
foi determinado por método gravimétrico em mufla a 550 °C até obtenção de resíduo livre de pontos escuros; o teor de proteína bruta foi determinado pelo método de Kjedahl.
O teor de lipídios totais das sementes secas de cada planta foi determinado em triplicata, pelo método de Bligh & Dyer, no qual a extração do óleo é realizada a frio, utilizando uma mistura de clorofórmio, metanol e água em exatas proporções, para a extração de todas as classes de lipídios (Bligh & Dyer, 1959).
2.3. Cinética de secagem
Determinada massa de sementes foi colocada sobre bandejas em uma estufa de circulação a 70 °C por 3 h. Para acompanhar a cinética de secagem, as bandejas foram pesadas a cada 15 min na primeira hora de secagem e a cada 20 min nas horas seguintes. No momento da pesagem, as bandejas foram trocadas de posição dentro da estufa para minimizar efeitos relacionados à posição das amostras no equipamento, uma vez que pode haver regiões com diferentes umidades e temperaturas dentro do mesmo. A umidade de equilíbrio foi determinada por método dinâmico, secando uma pequena porção de amostras por longo período de tempo.
2.4. Coeficiente de difusão
O comprimento e o diâmetro de aproximadamente 15 a 20 sementes foram medidos com a utilização de paquímetro a fim de obter as dimensões médias das sementes.
Para os cálculos dos coeficientes de difusão da água foram utilizadas as soluções integradas de Crank (1975) da segunda Lei de Fick, considerando as amostras como placa plana (Equação 1) e como cilindro curto, através do produto de Newman (Equação 2).
2 2 2 2
2 2 2 2 9 25 49 4 4 4 4 0 2 8 1 1 1 ... 1 9 25 49 ef ef ef ef D t D t D t D t eq z z z z eq X t X e e e e X X X
2 2 2 2 2 2 2 2 9 25 4 4 4 0 0 2 inf infi 49 4 8 1 1 9 25 1 1 ... 4 49 5, 783 ef ef ef ef D t D t D t eq eq z z z eq eqplaca inita cilindro nito D t z X t X X t X e e e X X X X e e X 2 2 2 2 5,783 30,472 74,887 139,039 1 1 30, 472 74,887 1 ... 139, 039 ef ef ef ef D t D t D t z z z D t z e e e (2)
Em que: X representa o adimensional de umidade; X representa o teor de água médio num tempo t, em base seca (kg de água/kg de material seco); Xeq representa o teor de água no equilíbrio, em base
seca; X0 representa o teor de água no instante inicial, em base seca; Def representa a difusividade
efetiva da água, em m2/s; t representa o tempo, em s; z representa uma dimensão característica (meia-espessura para placa plana; raio para cilindro), em m.
Os dados experimentais foram ajustados aos modelos matemáticos utilizando o software Statistica, versão 7.0, que utiliza o método dos mínimos quadrados para a estimativa dos parâmetros (Def). Para avaliar a eficiência do ajuste matemático aos dados experimentais foram utilizados o
coeficiente de determinação (R2) e a raiz do erro quadrático médio percentual (REQM – Equação 3).
1 2 2 exp 1 100 3 N N calc n x x REQM
Em que: xcalc representa os valores dos adimensionais de umidade, calculados utilizando os coeficientes de difusão obtidos a partir das Equações 1 e 2; xexp representa os valores experimentais
dos adimensionais de umidade; N representa o número de observações.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Tabela 1 apresenta os valores médios da umidade, teor de cinzas, proteínas e lipídios das sementes de fruta do conde após secagem em estufa com circulação de ar a 70 °C por 3 h.
Tabela 1 – Características físico-químicas das sementes de fruta do conde após a secagem
Característica Média ± erro padrão
Umidade 7,05% ± 0,25
Proteínas 15,02% ± 0,12
Cinzas 2,06% ± 0,02
Lipídeos 7,52% ± 0,65
As sementes in natura apresentaram umidade média de 32,22% (base úmida). Verificou-se que três horas de secagem a 70 °C foram suficientes para reduzir o teor de água das sementes em aproximadamente 78%. Segundo Goldfarb e Queiroga (2013) o teor de água favorável para o armazenamento de grãos em embalagens impermeáveis é de 4 – 8 %. Portanto, o valor médio determinado no presente trabalho (7,05% ± 0,25, base úmida) atendeu à essa necessidade.
A proteína é um nutriente importante para o crescimento e desenvolvimento do ser humano, o teor de proteínas encontrado nas sementes foi de aproximadamente 15%, alto teor quando comparado com sementes de mamão papaia (4,03%), moranga (5,66%) e melão (9,56%) (Storck et al., 2013). Souza et al. (2009) estudando as sementes de pinhão-manso, nabo-forrageiro e crambe encontraram valores de proteínas de aproximadamente 20,95%, 28,19% e 21,30% respectivamente, valores superiores ao encontrado para a fruta do conde.
O teor de cinzas refere-se à quantidade de minerais presentes no alimento. Na semente da fruta do conde foi encontrado teor de 2,06%, valores próximos ao encontrado por Storck et al. (2013) para sementes de mamão papaia (1,70%) e de melão (1,64%). Souza et al. (2009) encontraram teores de cinzas para as sementes de pinhão manso de 4,95%, para as de nabo-forrageiro de 4,10% e para as de crambe de 5,08%.
Cruz et al. (2013) estudaram as características físico-químicas da casca, polpa e sementes da atemoia, que é um fruto híbrido derivado do cruzamento da fruta do conde (Annona squamosa L.) com a cherimoia (Annona cherimola Mill.). Os valores encontrados para o teor de proteínas e cinzas foram de 14,79% e 1,73%, respectivamente, próximos aos encontrados para as sementes de fruta do conde no presente trabalho.
O teor de lipídeos encontrado na semente da fruta do conde foi de aproximadamente 7,52%. O teor de lipídeos da semente do ariticum, também da família Annonaceae, foi estudado por Santos et al. (2011), que determinaram teor lipídico de 8,21%, valor próximo ao encontrado na semente de fruta do conde.
O comprimento médio das sementes in natura de fruta do conde foi de 1,53 ± 0,12 cm para a amostra A1, 1,56 ± 0,13 cm para a amostra A2 e 1,33 ± 0,12 cm para a amostra A3. O diâmetro médio das sementes in natura foi de 0,60 ± 0,04 cm para a amostra A1, 0,51 ± 0,06 cm para a amostra A2 e 0,48 ± 0,06 cm para a amostra A3. Assim, as sementes apresentaram formato semelhante a um cilindro, sendo que as sementes colhidas na cidade de Medianeira (A3) eram menores que as demais, fato que deve estar relacionado às características peculiares das sementes, como grau de maturação, tempo de exposição ao sol, condições de cultivo, clima, solo, etc.
A partir das Equações 1 e 2 foram calculadas as difusividades efetivas da água durante a secagem das sementes de fruta do conde. Os coeficientes de determinação e as raízes do erro quadrático médio percentual, que determinam o ajuste dos modelos utilizados aos dados experimentais, assim como as difusividades calculadas, estão descritos na Tabela 2.
Tabela 2 – Coeficientes efetivos de difusão da água, Def (m2/s), coeficientes de determinação, R2, e
raízes do erro quadrático médio, REQM (%) para a secagem em estufa (70 °C/3 h) de sementes de fruta do conde
A1 A2 A3
Def R2 REQM Def R2 REQM Def R2 REQM
PI* 1,05·10-9 95,06 6,69 1,10·10-9 95,06 6,69 7,43·10-10 93,04 8,05
CC** 5,02·10-11 89,11 17,8 5,02·10-11 89,11 19,00 4,02·10-11 86,36 18,99
*PI: Placa Infinita, Equação 1. **CC: Cilindro Curto, Equação 2.
É possível verificar na Tabela 2 que a consideração das sementes como placa infinita melhor representou os dados experimentais, pois apresentou REQM abaixo de 10 % e R2 acima de 90 %, para todas as amostras. Ainda, ao considerar as sementes como cilindros curtos verificou-se pior ajuste do modelo aos dados experimentais (Tabela 2), pois os valores de REQM foram superiores a 10% e os de R2 menor que 90%.
Utilizando o modelo que melhor representou os dados experimentais (placa infinita) construiu-se as curvas de construiu-secagem (estufa, 70 °C/3 h) das construiu-sementes de fruta do conde. A Figura 1 apreconstruiu-senta os dados experimentais (pontos) e calculados (linhas) para a variação da umidade das amostras no tempo.
Figura 1 – Curvas de secagem experimentais e calculadas segundo a Equação 1 para as sementes de fruta do conde
Verificou-se na Figura 1 que a umidade das amostras decresceu continuamente com o tempo e que as sementes de fruta do conde analisadas apresentaram o mesmo comportamento durante o processo de secagem. Os dados estimados pelo modelo adequaram-se aos dados experimentais (R2 >
90% e REQM < 10%, Tabela 2) e, considerando que o cálculo do tempo e da taxa de secagem são aspectos importantes na modelagem dos processos de secagem, é possível concluir que a Lei de Fick é apropriada na descrição da secagem de sementes de fruta do conde com excelente precisão.
Costa et al. (2011) estudando a secagem do crambe, que possui umidade de 26% quando in natura, calcularam os coeficientes de difusão efetivos para secagem em temperaturas de 30, 40, 50, 60 e 70 °C até a umidade de 9%, encontrando valores de 0,88·10-11; 1,99·10-11; 2,90·10-11; 3,48·10-11e 5,85·10-11 m2·s-1, para as respectivas temperaturas. É possível verificar que o coeficiente de difusão
encontrado por Costa et al. (2011) para a secagem do crambe a 70 °C foi maior que os determinados no presente trabalho (Tabela 2). Já a umidade final média do crambe foi próxima à verificada no presente trabalho para a semente de fruta do conde (Tabela 1).
4. CONCLUSÕES
O presente trabalho permitiu concluir que 3 (três) horas de secagem à temperatura de 70 °C foram suficientes para reduzir a quantidade de água da semente para uma apropriada umidade de armazenamento. A Lei de Fick representou de maneira adequada a secagem das sementes de fruta do conde nas condições avaliadas, sendo que dentre os modelos estudados para o cálculo da difusividade efetiva, o que melhor ajustou-se aos dados experimentais foi o que considerou as sementes como placas infinitas.
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