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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE
ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E CIÊNCIA DE
ALIMENTOS
SECAGEM DE PASTA DE VEGETAIS EM CAMADA DELGADA
UTILIZANDO SECADOR DE BANDEJA COM CONDICIONAMENTO DO AR
ATRAVÉS DE BOMBA DE CALOR
PAULO EDUARDO HANSMANN
Prof. Dr. LUIZ ANTONIO DE ALMEIDA PINTO
ORIENTADOR
RIO GRANDE, RS.
2012
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE
ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E CIÊNCIA DE
ALIMENTOS
SECAGEM DE PASTA DE VEGETAIS EM CAMADA DELGADA
UTILIZANDO SECADOR DE BANDEJA COM CONDICIONAMENTO DO AR
ATRAVÉS DE BOMBA DE CALOR
PAULO EDUARDO HANSMANN
Prof. Dr. LUIZ ANTONIO DE ALMEIDA PINTO
ORIENTADOR
RIO GRANDE, RS.
2012
Dissertação apresentada para a
obtenção do título de Mestre em
Engenharia e Ciência de Alimentos.
i
A minha esposa Marília pela
incansável dedicação,
meus filhos Paulo Eduardo e Henrique
pelo companheirismo,
incentivo e apoio durante esta jornada.
Meu sincero agradecimento!
Aos meus pais Renato e Elida (in memorian)
pela maior herança deixada, minha educação.
Minha terna gratidão!
ii
“Não te arrefecerdes
porque sabeis,
pois por mui que souberdes,
mui pouco terás chegado a saber”.
(Rui Barbosa)
iii
AGRADECIMENTOS
Ao meu grande amigo e companheiro de muitas gauchadas, Roque Zíllio,
por orientar-me a seguir este caminho.
Ao Roberto Carlos Pereira, amigo e colega de trabalho, pelo positivismo e
incentivo, que muito influenciaram na hora da decisão pelo curso.
Ao experiente profissional e amigo Gilnei Clavijo, pelo grande apoio dado
na fase inicial, na qual foram construídos os dutos do secador.
Ao amigo de fé e irmão camarada Henri Pierre Saüt, que esteve sempre
disponível para ajudar a solucionar problemas.
Ao amigo e colega Carlos Eduardo, Técnico do Curso de Refrigeração e Ar
Condicionado (IFRS), cuja experiência compartilhada, contribuiu em muitas decisões
durante o desenvolvimento do equipamento utilizado neste trabalho.
Ao estagiário do curso de Refrigeração e Ar Condicionado, Alexsandro,
pela exemplar presteza e interesse demonstrado durante nosso convívio no
laboratório.
Ao amigo e colega Noracy de Castro Filho, profissional da área de
refrigeração, pelas trocas de experiências durante o desenvolvimento do equipamento
de refrigeração.
Ao técnico do Laboratório de Operações Unitárias, Jaques Rizzi, pelo
constante apoio.
A secretária Islanda, pelo profissionalismo e dedicação, solucionando os
nossos problemas com a maior presteza e da melhor forma.
Aos amigos, Guilherme, Catarina, Tito e Jaqueline pelo companheirismo e
disposição em encontrar soluções.
A amiga e colega de curso Ana Paula Larrosa, que se dispôs sempre a
ajudar nas tarefas propostas, assim como, repassar seus ensinamentos.
iv
A amiga e colega de curso Bruna Roos Costa, exemplar profissional, com
quem muito trabalhei neste ano, pelo incansável apoio durante a conclusão deste
trabalho.
A todos integrantes Professores, Técnicos e alunos do Programa de Pós
Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, com os quais convivi no decorrer
deste de curso.
Ao meu orientador Luiz Antonio de Almeida Pinto, por apoiar e acreditar no
meu trabalho.
Meus sinceros agradecimentos a todos vocês.
Ao Criador, agradeço por tê-los colocado no meu caminho e pelo
crescimento proporcionado.
v
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ................................................................................................... vii
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... ix
NOMENCLATURA ...................................................................................................... xii
RESUMO ................................................................................................................... xiv
ABSTRACT ................................................................................................................. xv
1. INTRODUÇÃO ..........................................................................................................1
1.1. Objetivo .........................................................................................................3
1.1.1. Objetivo geral.........................................................................................3
1.1.2. Objetivos Específicos .............................................................................3
1.2. Histórico do Laboratório .........................................................................................3
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................4
2.1. Vegetais ........................................................................................................4
2.1.1. Propriedades funcionais dos vegetais ....................................................6
2.2. Secagem .......................................................................................................7
2.2.1. Secagem em camada delgada ............................................................10
2.3. Secagem com desumidificação do ar por sistema de refrigeração (bomba de
calor) ...........................................................................................................................13
3. MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................15
3.1. Matéria prima ..............................................................................................15
3.2. Procedimento experimental .........................................................................16
3.2.1. Construção do secador ........................................................................16
3.2.2. Ensaios de secagem............................................................................22
3.3. Métodos analíticos ......................................................................................23
3.3.1. Umidade ..............................................................................................23
3.3.2. Cor e diferença de cor .........................................................................23
vi
3.3.3. Compostos fenólicos............................................................................23
3.3.4. Atividade antioxidante total ..................................................................24
3.4. Reidratação .................................................................................................24
3.5. Caracterização da secagem ........................................................................25
3.5.2. Cinética da secagem ...........................................................................25
3.5.3. Cinética da reidratação ........................................................................26
3.6. Análise estatística .......................................................................................26
3.6.1 Caracterização da secagem de pasta de vegetais em camada delgada
com condicionamento do ar ........................................................................................26
3.6.2. Otimização da secagem convectiva de pasta de vegetais com
condicionamento do ar ................................................................................................27
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ...............................................................................28
4.1. Caracterização da secagem de pasta de vegetais em camada delgada com
condicionamento do ar ................................................................................................28
4.1.1. Dimensionamento e construção do secador ........................................28
4.1.2. Caracterização da secagem ................................................................30
4.1.3. Caracterização do produto ...................................................................35
4.2. Otimização da secagem convectiva de pasta de vegetais com
condicionamento do ar ................................................................................................40
5. CONCLUSÃO .........................................................................................................51
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................................52
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................53
APÊNDICE ..................................................................................................................65
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Modelos empíricos para a secagem de alimentos. ......................................11
Tabela 2: Valores em gramas dos vegetais utilizados para formulação da pasta por
programação linear. ................................................................................................16
Tabela 3: Matriz do planejamento experimental utilizado na secagem convectiva de
pasta de vegetais com condicionamento do ar. ......................................................27
Tabela 4: Valores de velocidade do ar em função da rotação do soprador do secador.
...............................................................................................................................29
Tabela 5: Tempo total de secagem, umidade crítica e tempo de taxa constante para a
secagem em camada delgada com condicionamento do ar. ...................................33
Tabela 6: Espessura final, espessura correspondente a umidade crítica, constante de
secagem (K), difusividade efetiva de umidade (Def) e coeficiente de determinação
(R2) para a secagem em camada delgada com condicionamento do ar..................34
Tabela 7: Valores da luminosidade, cromaticidade e ângulo Hue das amostras na
secagem em camada delgada com condicionamento do ar. ...................................36
Tabela 8: Umidade de saturação, constante de reidratação e coeficiente de
determinação, para os experimentos de reidratação das amostras secas em
camada delgada com condicionamento do ar. ........................................................39
Tabela 9: Valores das respostas da matriz do planejamento experimental utilizado na
secagem convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar. ................42
Tabela 10: Análise de variância dos fatores de estudo para as respostas diferença de
cor, compostos fenólicos e atividade antioxidante total para a secagem convectiva
de pasta de vegetais com condicionamento do ar. .................................................46
Tabela 11: Material para a construção do secador de bandeja com condicionamento
do ar e a quantidade utilizada. ................................................................................65
Tabela 12: Análise de variância dos efeitos para a resposta diferença de cor.da
secagem de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar. .87
Tabela 13: Análise de variância dos efeitos para a resposta compostos fenólicos.da
secagem de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar. .87
viii
Tabela 14: Análise de variância dos efeitos para a resposta compostos atividade
antioxidante total da secagem de pasta de vegetais em camada delgada com
condicionamento do ar............................................................................................88
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Esquema do processo de secagem convectiva de um material sólido. ..........8
Figura 2: Curva da taxa de secagem (N) em função da umidade (X). ...........................9
Figura 3: Esquema de dimensionamento do homogeneizador de fluxo .......................17
Figura 4: Dimensões para localização do homogeneizador segundo as normas
ANSI/AMCA 210-07 NSI/ASHRAE 51-07................................................................17
Figura 6: Vista frontal do equipamento experimental de secagem fluxo paralelo .........19
Figura 7: Fluxograma de refrigeração indireta .............................................................21
Figura 8: Equipamento utilizado para determinar a taxa de reidratação ......................25
Figura 9: Perfil de velocidade do ar (m s-1) no interior do duto de secagem. ...............29
Figura 10: Perfil da temperatura do ar (°C) no interior do duto de secagem ................30
Figura 11: Curvas do adimensional de umidade das amostras de pasta de vegetais em
função do tempo para a secagem em camada delgada com condicionamento do ar.
...............................................................................................................................31
Figura 12: Curvas da taxa de secagem em função da umidade das amostras de pasta
de vegetais para a secagem em camada delgada com condicionamento do ar. .....31
Figura 13: Curvas do percentual de umidade (base úmida) em função do tempo para
os experimentos de reidratação das amostras secas em camada delgada com
condicionamento do ar............................................................................................38
Figura 14: Curvas de umidade, em base úmida, em função do tempo para a secagem
de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar. ................40
Figura 15: Curvas de umidade, em base úmida, em função do tempo, referentes aos
pontos centrais do planejamento experimental, para a secagem da pasta de
vegetais em camada delgada com condicionamento do ar. ....................................41
Figura 16: Gráfico de Pareto para resposta diferença de cor dos produtos na secagem
convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar. ................................43
Figura 17: Gráfico de Pareto para resposta compostos fenólicos dos produtos na
secagem convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar. ................43
x
Figura 18: Gráfico de Pareto para resposta atividade antioxidante dos produtos na
secagem convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar. ................44
Figura 19: Superfície de resposta para os compostos fenólicos das amostras secas de
pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar. .....................47
Figura 20: Superfície de resposta para a atividade antioxidante total das amostras
secas de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar. ......48
Figura 21: Diagrama elétrico do circuito de força do secador de bandeja com
condicionamento do ar............................................................................................67
Figura 22: Diagrama elétrico do circuito de comando do secador de bandeja com
condicionamento do ar............................................................................................68
Figura 23: Desvio de temperatura para o termômetro TI-07-RI. ..................................69
Figura 24: Desvio de temperatura para o termômetro TI33RI. .....................................70
Figura 25: Desvio de temperatura para o termômetro MT-516R..................................71
Figura 26: Desvio de temperatura para o termômetro TI-511R....................................72
Figura 27: Dutos de secagem com registro fechado. ...................................................73
Figura 28: Dutos de secagem com o registro aberto. ..................................................73
Figura 29: Manômetro inclinado para leitura da variação de pressão (∆p). .................74
Figura 30: Dispositivo de varredura dos pontos de leitura da variação de pressão (∆p).
...............................................................................................................................74
Figura 31: Homogenizador de fluxo do ar no duto de secagem. ..................................75
Figura 32: Resistências de apoio no interior da câmara de condicionamento de ar.....75
Figura 33: Manômetros de verificação das pressões de trabalho do sistema de
refrigeração. ...........................................................................................................76
Figura 34: Evaporador para o resfriamento da solução de água e monoetilenoglicol. 76
Figura 35: Desumidificador da câmara de condicionamento do ar. .............................77
Figura 36: Vista lateral do sistema de refrigeração utilizado no condicionamento do ar.
...............................................................................................................................77
Figura 37: Vista frontal do sistema de refrigeração utilizado no condicionamento do ar.
...............................................................................................................................78
xi
Figura 38: Vista superior do tanque de solução fria do sistema de desumidificação....78
Figura 39: Manga de acoplamento da câmara de condicionamento do ar com o duto de
secagem. ................................................................................................................79
Figura 40: Painel de controle do secador de bandeja com condicionamento do ar. ....79
Figura 41: Secador de bandeja com condicionamento do ar. ......................................80
Figura 42: Câmara de secagem e balança acoplada ao sistema.................................80
Figura 43: Suporte da bandeja que fica engastado na balança. ..................................81
Figura 44: Bandeja com a pasta de vegetais no interior da câmara de secagem. .......81
Figura 45: Bomba centrífuga da solução de água e monoetilenoglicol. .......................82
Figura 46: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 35°C e
3 mm. .....................................................................................................................83
Figura 47: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 35°C e
7 mm. .....................................................................................................................83
Figura 48: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 55°C e
3 mm. .....................................................................................................................84
Figura 49: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 55°C e
7 mm. .....................................................................................................................84
Figura 50: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 35°C e 3 mm. ................................85
Figura 51: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 35°C e 7 mm. ................................85
Figura 52: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 55°C e 3 mm. ................................86
Figura 53: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 55°C e 7 mm. ................................86
xii
NOMENCLATURA
ρ Massa específica do ar (kg m-3).
∆E Diferença total de cor (adimensional).
∆P Variação de pressão (Pa).
ρs Massa específica do sólido (kg m-3).
A Parâmetro de ajuste (adimensional).
a* Cromaticidade do verde até o vermelho (adimensional).
Abs Absorbância (adimensional).
b Aresta da célula do hogenizador (mm).
b* Cromaticidade do azul até o amarelo (adimensional).
c Constante do modelo estatístico (adimensional).
d Constante do modelo estatístico (adimensional).
D Diâmetro do duto (mm).
Def Difusividade efetiva de umidade (m2 s-1).
e Constante do modelo estatístico (adimensional).
f Constante do modelo estatístico (adimensional).
F Teste de Fischer (adimensional).
Hab Ângulo Hue (º).
K Constante de secagem (min-1).
Kp Constante do tubo de Pitot (adimensional).
KR Constante de reidratação (min-1).
L Comprimento do homogenizador (mm).
L Espessura da amostra (mm).
L* Luminosidade (adimensional).
L0 Espessura inicial da amostra (mm).
n Parâmetro de ajuste (adimensional).
xiii
N Taxa de secagem (kgH2O kgb.s-1 h-1).
R2 Coeficiente de determinação (adimensional).
Re Numero de Reynolds (adimensional).
Rh Raio hidráulico (adimensional).
t Tempo de secagem (min-1).
v Velocidade do ar (m s-1).
X Umidade absoluta da amostra (kgH2O kgb.s-1).
X/X0 Adimensional de umidade (adimensional).
X0 Umidade inicial da amostra (kgH2O kgb.s-1).
x1 Temperatura do ar (°C).
x2 Espessura da bandeja (mm).
Xc Umidade crítica (kgH2O kgb.s-1).
XE Umidade de equilíbrio da amostra (kgH2O kgb.s-1).
XF Umidade final do produto após a secagem (kgH2O kgb.s-1).
Xsat Umidade final de saturação do produto reidratado (kgH2O kgb.s-1).
Y Adimensional de água livre (adimensional).
Y∆E Resposta diferença de cor (adimensional).
y1 Espessura do material do homogenizador (mm).
Yaa Resposta atividade antioxidante total (adimensional).
Yfen Resposta compostos fenólicos (adimensional).
YR Resposta prevista do modelo estatístico (adimensional).
µ Viscosidade do ar (kg m-1 s-1).
xiv
RESUMO
Este trabalho teve como objetivo desenvolver um secador de bandeja com
fluxo paralelo e condicionamento do ar para controlar os fatores que influenciam a
operação, e estudar as condições de secagem de pasta de vegetais neste
equipamento. Além disso, as características físicas e químicas do produto desidratado
foram avaliadas. Os vegetais utilizados na formulação da pasta foram: couve, cebola,
tomate, cenoura e batata, os quais foram homogeneizados com óleo de soja. Os
experimentos foram realizados em um secador de bandejas com escoamento do ar
paralelo, desenvolvido e pistonado, utilizando condicionamento do ar (sistema de
refrigeração). A umidade absoluta do ar atingida no interior do secador foi de 0,0015
kg kg-1 (base seca). Os efeitos da temperatura do ar de secagem (35, 45 e 55ºC) e da
espessura da bandeja (3, 5 e 7 mm) foram estudados através de um planejamento
experimental 22 com três pontos centrais. As respostas consideradas foram: cor,
compostos fenólicos e atividade antioxidante total. A pasta de vegetais apresentou teor
de umidade de 87,01 ± 0,12%, e os valores de compostos fenólicos e atividade
antioxidante foram de 10,4 ± 0,2 mg EAG g-1amostra e 92,0 ± 0,2% de inibição de DPPH,
respectivamente. O secador com condicionamento do ar apresentou uma
operacionalidade satisfatória, uma vez que, as condições operacionais foram obtidas e
controladas. A secagem ocorreu em dois períodos distintos, sendo estes o período de
taxa constante e a primeira fase do período de taxa decrescente. Os valores da
difusividade efetiva de umidade foram na faixa de 0,46 x10-10 a 1,75 x10-10 m2 s-1. Os
produtos obtidos nos experimentos de 3 mm de espessura nas temperaturas de 35 e
55°C apresentaram um percentual de reidratação de 93,7% em relação a amostra
úmida. Os modelos estatísticos para as respostas compostos fenólicos e atividade
antioxidante total foram significativos e preditivos, para a resposta diferença de cor,
este fato não ocorreu. A melhor condição de secagem foi com temperatura de 55°C e
espessura de 7 mm. Nesta condição, os valores encontrados para o produto final
foram de 8,8 mg EAG g-1amostra para os compostos fenólicos e 82,3 % de inibição de
DPPH para atividade antioxidante.
Palavras-chave: desidratação, camada delgada, pasta de vegetais, condicionamento
do ar, propriedades funcionais.
xv
ABSTRACT
This work aimed to develop a tray dried with parallel air flow using the air conditioning
to control the factors that affect the operation, and to study the drying conditions for a
vegetable paste in this equipment. The vegetables used in the paste formulation were:
cole, onion, tomato, carrot and potato, which were homogenized by soybean oil. The
experiments were performed in a tray drier with parallel air flow. A cooling system was
employed to control the air conditions. The absolute humidity inside the dryer was
0.0015 kg kg-1 (dry basis). The effects of air drying temperature (35, 45 and 55°C) and
thickness (3, 5 and 7 mm) were studied by a 22 experimental design with three central
points. The responses were: color, phenolic compounds (PC) and total antioxidant
activity (TAA). The vegetable paste showed moisture content of 87.01 ± 0.12%, and
the PC and TAA values were of 10,4 ± 0,2 mg AGE g-1sample and 92.0 ± 0.2% of DPPH
inhibition, respectively. The dryer with air conditioning showed a satisfactory operation,
since the operating conditions were obtained and controlled. A constant rate period
followed by a falling rate period occurred for all drying experiments. Rehydration
percentage of 93.7% for the dried product was obtained in the experiments with
thickness of 3 mm and temperatures of 35 and 55°C. The effective diffusivity values
were found in the range from 0.46 x10-10 to 1.75 x10-10 m2 s-1. The statistical models for
PC and TAA were predictive and significant, however, the same was not observed for
the color. The more adequate drying conditions were 55°C and 7 mm. In these
conditions, the PC value was 8,8 mg AGE g-1sample
and the TAA value was 82.3 % of
DPPH inhibition.
Key-words: dehydration, thin layer, vegetable paste, air conditioning, functional
properties.
1
1. INTRODUÇÃO
O aumento do consumo de frutas e vegetais na dieta humana é
recomendado por diversas organizações, como Autoridade Européia de Segurança
Alimentar (EFSA), Organização de Alimentos e Agricultura (FAO), Departamento de
Agricultura dos Estados Unidos (USDA), Organização Mundial da Saúde (OMS), por
causa da proteção que eles oferecem contra diversas doenças (DEL CARO et al.,
2004; ALLENDE; TOMÁS-BARBERÁN; GIL., 2006). Devido a efeitos biológicos,
proporcionados pela ingestão de produtos de origem vegetal, muitos estudos
epidemiológicos e clínicos vêm sendo realizados e comprovam que inserir na dieta
alimentos ricos em antioxidantes como frutas, legumes, cereais integrais, bebidas de
origem vegetal, está associado a menor incidência de mortalidade por doenças
crônicas como diabetes, arteriosclerose, artrite reumatóide, doença neurodegenerativa
coronariana e câncer (HERTOG et al, 1993; FORD; MOKDAD, 2001; ESPOSITO et al,
2002; KRIS-ETHERTON et al, 2002;CERHAN et al, 2003;. KOK et al, 2010;).
Atividade antioxidante dos alimentos depende de muitos fatores, tais como
a composição lipídica, concentração de antioxidante, temperatura, oxigénio,
pressão e componentes comuns dos alimentos, por exemplo, proteínas e água. Os
antioxidantes podem inibir ou retardar a oxidação de duas maneiras: por eliminação de
radicais livres, neste caso o composto é descrito como um antioxidante primário, ou
por um mecanismo que não envolve a eliminação de radicais livres, situação em que o
composto é um antioxidante secundário. Antioxidantes primários incluem compostos
fenólicos tais como a vitamina E (α-tocofer//ol) (MAESTRI et al., 2006). Os compostos
fenólicos também são reportados por exibirem efeitos antimicrobianos (DU et al.,
2011). Assim, frutas e extratos vegetais podem ser incorporados em diversos
alimentos e formulações, principalmente suplementos alimentares, filmes comestíveis
e revestimentos, tanto por suas propriedades antioxidantes como por sua eficácia
contra alguns patógenos de origem alimentar, de modo a ser indicado não só por
seus efeitos saudáveis, mas também como conservantes de alimentos (DU et al,
2011; ELFALLEH et al, 2011).
As frutas e vegetais são altamente perecíveis por apresentarem um alto
teor de umidade (geralmente acima de 80%), e por isso, devem ser refrigerados ou
processados o mais rapidamente possível após a colheita, a fim de minimizar as
perdas. Em alguns países de clima tropical e subtropical, estas podem chegar a
2
aproximadamente 40-45% da produção devido à inadequada refrigeração e
armazenamento. O principal objetivo do processamento de alimentos é convertê-los
em produtos mais estáveis que possam ser estocados por longos períodos, tendo
como técnicas mais importantes o enlatamento, o congelamento e a desidratação
(JAYARAMAN; DAS GUPTA; BABU RAO, 1990).
A técnica de secagem é provavelmente a mais antiga e o método mais
importante de preservação de alimentos. A remoção de umidade previne o
crescimento e reprodução de microorganismos que causam deterioração, e minimiza
muito as reações que ocorrem mediante a umidade do material. Esta operação
oferece uma redução significativa de peso e volume, minimizando custos com
embalagem, armazenamento e transporte (MUJUMDAR, 1995). A secagem de
alimentos não se limita apenas à seleção de um secador, mas também à conceitos de
física e química, que precisam ser entendidos para uma análise apropriada dos
fenômenos que ocorrem durante a secagem. A atividade de água, mecanismos e
teorias, mudanças físicas e químicas devem ser reconhecidas como elementos chave
para qualquer operação de secagem (BARBOSA-CÁNOVAS; VEJA-MERCADO,
1996).
Para secadores convencionais de bandeja, que utilizam o ar ambiente para
remover a água livre do produto, torna-se inviável atingir a umidade comercial do
mesmo utilizando a operação de secagem em temperaturas inferiores a 50°C. Isto se
deve ao fato de que em diferentes regiões do Brasil e estações climáticas, o ar
ambiente possui um elevado teor de umidade (>0,015 kg kg-1ar seco) sendo, então,
necessário utilizar mais altas temperaturas de operação (>50°C) para obter um
gradiente de pressão de vapor d’água entre o interior do sólido e a corrente do ar de
secagem, suficiente para exercer a força motriz responsável pela remoção de umidade
do produto. Isso diminui a qualidade do produto desidratado não sendo interessante
produtivamente. Por esse motivo, justifica-se o uso da técnica de secagem em
camada delgada com condições controladas do ar, a fim de minimizar alterações nas
propriedades químicas, físicas e funcionais do produto desidratado.
3
1.1. Objetivo
1.1.1. Objetivo geral
O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um secador de bandeja
com condicionamento do ar, e estudar as condições de secagem de pasta de vegetais
em camada delgada, avaliando as características físicas e químicas do produto
desidratado.
1.1.2. Objetivos Específicos
- Desenvolver, montar e operacionalizar um secador de bandeja com
condicionamento do ar por sistema de refrigeração (bomba de calor);
- Caracterizar a secagem de pasta de vegetais em camada delgada com
condicionamento do ar, através das curvas características experimentais;
- Ajustar os dados experimentais de secagem através de modelo empírico,
e avaliar a reidratação das amostras secas;
- Otimizar a secagem de pasta de vegetais através da metodologia de
superfície de resposta, considerando como variáveis independentes a temperatura do
ar e a espessura da bandeja. Como respostas foram consideradas a diferença de cor,
os compostos fenólicos e a atividade antioxidante total.
1.2. Histórico do Laboratório
O Laboratório de Operações Unitárias (LOU), da Escola de Química e
Alimentos (EQA) da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), possui a linha de
pesquisa de secagem de alimentos onde são realizadas pesquisas com produtos de
interesse da região. Já foram realizadas secagem de farinha de pescado, quitina,
quitosana, arroz, cebola, alho, Spirulina platensis, maçã e rejeitos de
hortifrutigranjeiros, entre outros. As pesquisas são realizadas em nível de Iniciação
Científica, projetos de graduação do curso de Engenharia de Alimentos e de Pós-
Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos (Mestrado e Doutorado). Sendo
realizadas ao longo deste tempo, várias dissertações de mestrado e duas teses de
4
doutorado, já defendidas, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência
de Alimentos/FURG. O grupo publica tanto em eventos técnico-científicos regionais,
nacionais e internacionais (IDS, CBCTA, COBEQ, SLACA, ENEMP, COBEQ-IC,
CRICTE, MPU/FURG, CIC/UFPEL, dentre outros) como também em periódicos de
circulação nacionais e internacionais (Drying Technology, Journal of Food Engineering,
Journal of Food Process Engineering, , Adolf Lutz, International Journal of Food
Science and Technology, LWT-Food Science and Technology, Chemical Engineering
Processing, Brazilian Journal of Food Technology, Brazilian Journal of Chemical
Engineering, Vetor).
No ano de 2002, foram iniciados os estudos da secagem de excedentes de
hortifrutigranjeiros em leito de jorro para produção de sopa, através de uma
dissertação de mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de
Alimentos. De 2006 a 2009 foi dada a continuidade deste trabalho, através de uma
dissertação de mestrado e um projeto de graduação do curso de Engenharia de
Alimentos. Nesses trabalhos foram analisados: diferentes formulações da pasta de
hortifrutigranjeiros para produção de sopa, maximizando o valor calórico pela
programação linear, e diferentes geometrias de leito de jorro para a secagem da pasta.
No período de 2010 a 2012 foi realizada mais uma dissertação de mestrado com o
objetivo de analisar a operação de secagem de pasta de vegetais em leito de jorro
cone-cilíndrico, priorizando a manutenção das propriedades funcionais dos
componentes do produto final, sendo que a pasta de vegetais foi formulada através da
programação linear maximizando a atividade antioxidante. Além disso, nesses
diferentes trabalhos foram estudadas as características físico-químicas do produto
final como a cor, solubilidade protéica, compostos fenólicos, capacidade de retenção
de água e índice de solubilidade em água.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Vegetais
As frutas e hortaliças compõem uma parcela importante da cadeia
alimentar, por possuírem características que as distinguem do restante dos alimentos.
A principal diferença em relação aos produtos de origem animal é a continuidade dos
processos metabólicos internos após a colheita, como o processo de respiração,
5
através do consumo de O2 e produção de CO2, assim como outros gases, além da
liberação de calor, que conduz a um estado aceitável para o consumo (GONZÁLEZ-
AGUILAR; GARDEA; CUMAEA-NAVARRO, 2005).
A definição botânica de fruto (o produto do desenvolvimento das flores de
angiospermas) não se aplica às frutas comercializadas. A fruta comercial pode derivar
de várias estruturas de uma planta. De modo geral, a fruta é proveniente do
desenvolvimento do ovário fecundado na flor do vegetal, e. esse tipo de fruta é
chamado fruto verdadeiro. No entanto, grande parte das frutas comerciais
desenvolvem-se a partir da expansão de outras estruturas da planta-mãe e são
denominadas pseudofrutos (KOBLITZ, 2011).
De acordo com a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA)
“hortaliça” é definida como planta herbácea da qual uma ou mais partes são utilizadas
como alimento na sua forma natural. O produto será designado: verdura, quando
utilizadas as partes verdes; legumes, quando utilizado o fruto ou a semente,
especialmente das leguminosas e, raízes, tubérculos e rizomas, quando são utilizadas
as partes subterrâneas (BRASIL, 2012).
Os produtos hortícolas são caracterizados por vários atributos
quantitativos, como tamanho e peso, e qualitativos, como forma, cor, grau de
maturação, turgor e aspecto visual. Ao estabelecer limites ou medidas para estes
atributos é possível determinar padrões de classificação, e através destes obter lotes
de produtos homogêneos. Com o Mercosul, houve a necessidade de se estabelecer
normas comuns aos países membros, em uma tentativa de harmonizar as normas já
existentes, principalmente para aquelas hortaliças mais comercializadas na região,
como batata, tomate, cebola e alho. Porém, atualmente, existe uma tendência por
parte do Ministério da Agricultura, Pecuária e do Abastecimento (MAPA) de flexibilizar
estas normas de acordo com a demanda do mercado (atacadistas e varejistas).
No campo das políticas de alimentação e nutrição, a promoção do
consumo de frutas, legumes e verduras ocupa posição de destaque dentre as
diretrizes de promoção de alimentação saudável. A estratégia global sobre
alimentação saudável, atividade física e saúde, elaborada pela Organização Mundial
da Saúde (OMS), recomenda o aumento do consumo de frutas, legumes e verduras
dentre as recomendações para prevenção de doenças crônicas. No cenário nacional,
o Ministério da Saúde do Brasil recomenda o consumo diário de três porções de frutas
6
e três porções de legumes e verduras em seu guia alimentar enfatizando a importância
de variar o consumo desses alimentos nas refeições ao longo da semana
(FIGUEIREDO, 2008).
2.1.1. Propriedades funcionais dos vegetais
Um alimento funcional pode ser definido como qualquer alimento ou
ingrediente que traga algum benefício à saúde além da função nutricional básica
(KWAK; JUKES, 2001). Kruger e Mann (2003) definem os ingredientes funcionais
como um grupo de compostos que apresentam benefícios à saúde, tais como as
alicinas presentes no alho, os carotenóides e flavonóides encontrados em frutas e
vegetais, os glucosinolatos encontrados nos vegetais crucíferos e os ácidos graxos
poliinsaturados presentes em óleos vegetais e óleo de peixe. Estes compostos são
substâncias encontradas, principalmente, em vegetais e frutas, as quais podem ser
ingeridas diariamente em determinadas quantidades (ARABBI, 2001). Um dos
principais aspectos relacionados ao efeito protetor desses alimentos tem sido
atribuído, em parte, a presença de compostos antioxidantes, dentre os quais se
destacam os compostos fenólicos, além dos bem conhecidos como carotenóides,
vitamina C e vitamina E (KIM; GIRAUD; DRISKELL, 2007).
O potencial antioxidante de um composto é determinado pela reatividade
dele como um doador de elétrons ou hidrogênio, capacidade de deslocar ou estabilizar
um elétron desemparelhado, reatividade com outro antioxidante e reatividade com
oxigênio molecular. A formação de radicais livres está associada com o metabolismo
normal de células aeróbicas. O consumo de oxigênio inerente à multiplicação celular
leva a geração de uma série de radicais livres. A interação destas espécies com
moléculas de natureza lipídica em excesso produz novos radicais: hidroperóxidos e
diferentes peróxidos. (BENAVENTE-GARCÍA, et al., 1999).
Diversos estudos têm demonstrado que o consumo de substâncias
antioxidantes na dieta diária pode produzir uma ação protetora efetiva contra os
processos oxidativos, que naturalmente ocorrem no organismo. Foi demonstrado que
uma série de doenças entre as quais câncer, arterosclerose, diabetes, artrite, malária,
AIDS, doenças do coração, podem estar ligadas aos danos causados por formas de
oxigênio extremamente reativas denominadas de “substâncias reativas oxigenadas” ou
7
simplesmente ROS. Estas substâncias também estão ligadas aos processos
responsáveis pelo envelhecimento do corpo (BRENNA; PAGLIARINI, 2001).
Os compostos fenólicos são originados do metabolismo secundário das
plantas, sendo essenciais para o seu crescimento e reprodução, os quais se
polimerizam em condições de estresse como, infecções, ferimentos, radiações UV,
dentre outros (NACZK; SHAHIDI, 2004). Em alimentos, são responsáveis pela cor,
adstringência, aroma e estabilidade oxidativa. A atividade antioxidante destes
compostos é principalmente devida às suas propriedades de óxido-redução, as quais
podem desempenhar um importante papel na absorção e neutralização de radicais
livres, quelando o oxigênio triplete e singlete ou decompondo peróxidos (PELEG;
BODINE; NOBLE, 1998).
Quimicamente, os compostos fenólicos são definidos como substâncias
que possuem anel aromático com um ou mais substituintes hidroxílicos, incluindo seus
grupos funcionais, possuem estrutura variável e com isso, são multifuncionais (LEE et
al., 2005). Os compostos fenólicos apresentam uma diversidade de classes e divide-se
em flavonóides (polifenóis) e não-flavonóides (fenóis simples ou ácidos). Os
flavonóides compreendem um grupo de compostos fenólicos amplamente distribuídos
nas frutas e nos vegetais, apresentando-se sob muitas variações como flavonóis,
flavonas, flavanonas, catequinas, antocianinas, entre outros. Na classe dos não-
flavonóides estão os derivados dos ácidos hidroxicinâmico (ésteres dos ácidos caféico,
cumárico e felúrico) e hidroxibenzóico (ácido salicílico, gálico, elágico, protocatéico e
vanílico) (SILVA et al., 2010).
2.2. Secagem
Na secagem o produto com elevada umidade é colocado em contato com
o ar insaturado do secador, ocorrendo assim uma transferência de umidade do
material a ser seco para o ar. Durante esta operação, ocorrem dois processos
simultâneos, a transferência de calor do meio circundante, resultando na evaporação
do líquido contido no material, e a transferência de massa na forma de líquido ou
vapor do interior do material para a superfície, e desta para a corrente do fluído de
secagem, como mostrado na Figura 1 (TEMPLE; VAN BOXTEL, 1999; AKPINAR et
al., 2003). Segundo Chirife (1983), as transferências de calor e massa para o material
8
podem ser por condução, convecção e radiação. Este autor cita que os fatores que
governam a essas transferências são de natureza externa (meio de secagem) e
interna (características físicas constitutivas do material).
Figura 1: Esquema do processo de secagem convectiva de um material sólido.
Fonte: Tobinaga e Pinto (1992).
O conhecimento dos mecanismos de transferência de água, do interior do
material para a sua superfície, é de fundamental importância para a descrição do
fenômeno da secagem (BRUIN; LUYBEN, 1980). Entre os mecanismos pelos quais
pode ocorrer a migração de umidade através do sólido, estão a difusão em termos de
gradiente de concentração, para o transporte de vapor de água, e a difusão em termos
de gradiente de umidade e escoamento capilar, para o transporte de água líquida.
Estes três mecanismos são os mais importantes na secagem de alimentos (CHIRIFE,
1983).
Conforme o apresentado na literatura, o processo de secagem é dividido
em um período de taxa constante e um ou dois períodos de taxa decrescente,
(FORTES; OKOS, 1980; CHIRIFE, 1983; STRUMILO; KUDRA, 1986).
A Figura 2 apresenta uma ilustração da curva de taxa de secagem e seus
respectivos períodos.
9
Figura 2: Curva da taxa de secagem (N) em função da umidade (X).
Fonte: Strumilo e Kudra (1986).
Os segmentos A’’-B e A’-B, apresentados na Figura 2, representam os
intervalos de aquecimento ou resfriamento do material (estabilização entre a
temperatura do sólido e a de bulbo úmido do ar de secagem). No ponto A’’ o sólido
encontra-se a uma temperatura inferior ao do ar de secagem. Tal situação apresenta
comportamento inverso para o ponto A’, no qual o sólido apresenta temperatura
superior.
O período de taxa constante de secagem é o representado pelo segmento
B-C na Figura 2. Neste período, a superfície do material é mantida num nível de
umidade tal que a secagem ocorre como se fosse água pura evaporando. Se o sólido
for poroso, a maioria da água evaporada no período de taxa constante é proveniente
do interior do sólido. Este período só continua desde que a água seja provida à
superfície tão rápido quanto é evaporada (GEANKOPLIS, 1998).
Na secagem de alimentos, o período de taxa constante só tem relativa
importância quando o teor de umidade inicial do sólido é muito alto, ou quando o
potencial de secagem do ar é muito baixo. Neste período, se a transferência de calor
ocorrer apenas por convecção e o sólido for insolúvel, o material estará à temperatura
de bulbo úmido do ar de secagem (CHIRIFE, 1983). As resistências as transferência
de calor e massa são ocasionadas somente na corrente de ar, assim a taxa de
evaporação de água não muda com o tempo. O fim da taxa constante ocorre quando a
migração interna de água para superfície não consegue mais suprir a taxa de
evaporação da água livre de superfície. O valor da umidade deste ponto é denominado
umidade crítica (Xc). Os valores de umidade crítica não são somente característicos de
10
cada material alimentício, mas também depende de outros fatores que controlam a
migração (interna/externa) (CHIRIFE, 1983).
O período de taxa decrescente está representado no intervalo C-E da
Figura 2, e se caracteriza por apresentar uma ou duas fases bem diferenciadas num
determinado tempo, e evidenciadas por mudanças na inclinação, chamadas de
transição. Esta transição normalmente não acontece em muitos processos industriais,
os quais se limitam ao período de taxa constante e a primeira fase do período de taxa
decrescente (PERRY; CHILTON, 1980). Este período ocorre quando a migração
interna de água começa a controlar o processo de secagem, e pode ser constituído de
duas etapas. A primeira fase (intervalo C-D) do período de taxa decrescente da
secagem corresponde a etapa onde a superfície do sólido está não saturada, pois a
migração interna de água não consegue suprir a evaporação que ocorre na superfície
(esta é típica de materiais porosos). Já na segunda fase (intervalo D-E), que é
característica de alimentos sólidos, os principais mecanismos de transporte sugeridos
são: escoamento capilar, difusão de líquido e difusão de vapor, podendo acontecer
transporte por esses mecanismos simultaneamente. No final da segunda fase deste
período, a difusão de vapor é, provavelmente, o mecanismo predominante de
transporte de umidade (TOBINAGA; PINTO, 1992).
No término da secagem, a pressão de vapor iguala-se à pressão parcial de
vapor do ar, não ocorrendo mais a secagem. O teor de umidade neste ponto é
conhecido como umidade de equilíbrio (XE), representado pelo ponto E da Figura 2
(CHIRIFE, 1983). A umidade de equilíbrio de um material, numa determinada
temperatura, é definida como o teor de umidade correspondente ao equilíbrio entre as
pressões de vapor da água no material e no meio ambiente. Esta variável vai
determinar o teor mínimo de umidade que o material pode atingir em um determinado
conjunto de condições operacionais, sendo seu valor de fundamental importância na
modelagem do processo de secagem (BARROZO; SARTORI; FREIRE, 1998).
2.2.1. Secagem em camada delgada
Os modelos obtidos a partir da secagem em camada delgada contribuem
efetivamente para o conhecimento das características da secagem dos materiais. Os
11
modelos de secagem em camada delgada podem ser distribuídos em três categorias
principais: modelos teóricos, semi-teóricos e empíricos (CHIRIFE, 1983).
As correlações empíricas são utilizadas na análise da secagem, buscando
uma forma de representar a cinética de secagem de alimentos que melhor se ajuste
aos dados experimentais. As correlações mais utilizadas para a secagem de alimentos
estão apresentadas na Tabela 1 (BARROZO; SARTORI; FREIRE, 1998).
Tabela 1: Modelos empíricos para a secagem de alimentos.
Nome Equações*
Lewis ( )KtY −= exp (1)
Henderson e Pabis ( )KtAY −= exp. (2)
Henderson e Henderson ( ) ( )
−+−= KtKtAY 9exp
9
1exp.
(3)
Overhults ( )[ ]nKtY −= exp (4)
Page ( )[ ]nKtY −= exp (5)
*Y é o adimensional de água livre do material [(X-XE)/(X0-XE)], K é a constante de
secagem, t é o tempo e A e n são parâmetros de ajuste. Fonte: Barrozo, Sartori e
Freire (1998).
Os modelos teóricos utilizados para representar a variação da umidade do
material, em função do tempo e espaço, são obtidos a partir da equação do balanço
diferencial para a transferência de massa, conforme indica a Equação 6 (FORTES;
OKOS, 1980).
( ) A
s
ef rXDXvt
X
+∇−−∇=
∇⋅+
∂
∂
ρ
1.
r (6)
O coeficiente Def denominado de difusividade efetiva de umidade envolve
todos os possíveis efeitos internos, sendo, em geral, dependente da umidade do
12
material e da temperatura do ar de secagem (CHIRIFE, 1983). Para a secagem de
material sólido, sendo uma lâmina infinita, tomando-se a difusividade efetiva de massa
como constante, desconsiderando o encolhimento e os efeitos de resistência externa
(impondo uma velocidade do ar superior a 1,0 m s-1 sobre a superfície do material) e
considerando a secagem pelos dois lados do material a equação do balanço
diferencial de massa (Equação 6) para o modelo difusivo pode ser escrita conforme a
Equação 7.
∂
∂=
∂
∂2
2
z
XD
t
Xef (7)
sendo: 0 ≤ z ≤ L0/2, t > 0 ;
com as seguintes condições:
inicial: t = 0; 0 ≤ z ≤ L0/2 � X = X0
contorno: z = L0/2 ; t > 0 � X = XE
z = 0; t > 0 � 0=
∂
∂
z
X
Assim, o valor médio espacial da solução da Equação 7 é a Equação 8
(CRANK, 1975), que representa o perfil médio de umidade calculado com a média no
volume.
( )
+−
+
=
= ∑
∞
=2
ef22
0n22
E0
E
0L
tD 12nexp
1)(2n
18
X-X
X-Xπ
πY (8)
No caso da secagem apresentar um longo período de operação (F0>0,2), a
Equação 8 é simplificada na forma da Equação 9 (PORTER et al., 1986).
−
=
2
ef
2
2
E
E
0L
tDexp
8
X-X
X-X π
π (9)
13
A Equação 9 apresenta a mesma forma da correlação semi-empírica de
Henderson e Pabis (Equação 2) estimada para o cálculo da constante de secagem,
assim por analogia de ambas as equações, determina-se a relação mostrada na
Equação 10.
2
2
ef
0LK D
π= (10)
2.3. Secagem com desumidificação do ar por sistema de refrigeração
(bomba de calor)
Durante o armazenamento, processamento e distribuição podem ocorrem
várias mudanças nas características químicas, físicas e biológicas dos alimentos
(KAREL; BUERA; ROOS, 1993). Estas mudanças alteram o aspecto físico, tais como
cor e estrutura. Elas também podem desenvolver reações bioquímicas indesejáveis,
como a deterioração de compostos de aroma ou degradação de substâncias nutritivas
(JAYARAMAN; DAS GUPTA; BABU RAO, 1990; SACILIK; UNAL, 2005; GARAU et al.,
2007; KHAZAEI; CHEGINI; BAKHSHIANI, 2008; DADALI; DEMIRHAN; ÖZBEK, 2008;
MOREIRA et al., 2008; VEGA-GÁLVEZ et al., 2009; MIRANDA; LÓPEZ; PEREZ,
2009; CHAN et al., 2009; PEDRESCHI et al., 2011; GARCÍA-SEGOVIA; ANDRÉS-
BELLO; MARTÍNEZ-MONZÓ, 2011; VASHISTH; SINGH; PEGG, 2011; VEGA-
GÁLVEZ et al., 2012; GUINÉ; BARROCA, 2012). Esses autores mencionam que estas
mudanças físicas e bioquímicas certamente causam uma redução da qualidade do
produto e na eficiência do processo (CHUY; LABUZA, 1994). Particularmente quando
se lida com alimentos de alto valor, a escolha do método de preservação pode,
portanto, ser a chave para uma operação bem sucedida. A secagem com ar quente,
em particular, oferece produtos desidratados que podem ter uma vida útil superior a
um ano, porém, a qualidade do material seco geralmente é drasticamente reduzida em
comparação com o alimento original (RATTI, 2001). Isto mostra a necessidade de
utilizar métodos de secagem alternativos que visam obter produtos desidratados de
alto valor agregado, como por exemplo, a secagem com desumidificação do ar por um
sistema de refrigeração (bomba de calor).
14
As primeiras pesquisas com bombas de calor na secagem de produtos
agrícolas foram realizadas por Davis em 1949, Shove em 1953 e Fliker et al. em 1957
(HOGAN et al., 1983). Segundo o mesmo autor, anos depois foram realizadas
pesquisas no Japão por Kato e Matsuda em 1976 e na Alemanha por Kutzback em
1978. Hogan et al. (1976) desenvolveu uma bomba de calor, especificamente para
secagem de grãos e efetuou testes nas mais diversas condições, Já Hoggett (1976)
usou-a como desumidificador para secar madeira e cerâmica (HOGAN et al., 1983).
Secadores com desumidificação do ar por bombas de calor (sistema de
refrigeração) que usam queima direta de combustível ou aquecedores elétricos têm
muitas vantagens sobre os equipamentos convencionais para secagem de produtos
alimentares (PERERA; RAHMAN, 1997). Suas vantagens incluem maior eficiência
energética, devido ao alto coeficiente de desempenho, e melhor qualidade do produto
devido a sua não dependência das condições do ar ambiente (incluindo problemas
com insetos e aves) e condições controladas de secagem (STROMMEN et al., 2000).
Além disso, o uso de bomba de calor no condicionamento de ar em secadores
apresenta todas as vantagens dos sistemas de secagem à baixas temperaturas e
produz as mesmas características desejáveis das fontes de calor resistivas. Do ponto
de vista termodinâmico, é consideravelmente mais eficiente. O consumo de
eletricidade é 52% menor que as cargas resistivas e viabiliza a obtenção de um
produto de qualidade mais homogênea (HOGAN et al., 1983).
Muitos autores têm realizado pesquisas numérica e experimental com
secador desumidificado por sistema de refrigeração para biomateriais. Os modelos de
simulação deste tipo de secador foram desenvolvidos por Alves-Filho, Strommen e
Thorbergsen (1997) para a secagem de frutas e raiz, por Achariyaviriya, Soponronnarit
e Terdyothin (2000) para a secagem de frutas e por Phoungchandang (2009) para
algumas ervas. Estudos de designs de secadores com ar desumidificado foram
realizadas por Ogura, Yamamoto e Otsubo (2005) para criar uma estratégia de
controle químico, por Saensabai e Prasertsan (2007) para a otimização do
condensador e por Pal e Khan (2008) para definir as etapas dos cálculos de
componentes. Vários estudos apresentam a utilização de secador experimental com ar
desumidificado por bomba de calor (sistema de refrigeração) para a desidratação de
diferentes produtos. Entre estes materiais estão incluídos os biomateriais (ALVES-
FILHO; STROMMEN, 1996), madeira serrada, borracha e banana (PRASERTSAN;
SAENSABAI, 1998), bananas (CHUA et al., 2001), folhas de manjericão
15
(PHOUNGCHANDANG; SANCHAI; CHANCHOTIKUL, 2003), alho
(BOONNATTAKORN et al., 2004), manga (CHOTTANOM; PHOUNGCHANDANG,
2005), gengibre (PHOUNGCHANDANG; SANCHAI, 2009; HAWLADER; PERENA;
TIAN, 2006), produtos alimentares compostos (RAHMAN; ISLAM; MUJUMDAR, 2007),
pimenta vermelha (ALVES-FILHO; EIKEVIK; MULET, 2007), proteína (ALVES-FILHO;
EIKEVIK; GONCHAROVA-ALVES, 2008), e folhas de limão (PHOUNGCHANDANG;
SRINUKROH; LEENANON, 2008).
Phoungchandang, Saentaweesuk (2011), observaram que na secagem de
gengibre a 40°C, o uso de um secador de bandejas de dois estágios com
desumidificação do ar por bomba de calor, apresentou uma redução no tempo de
secagem de 59 % e um acréscimo de 6% no conteúdo de 6-gingerol. Hii, Law e
Suzannah (2012) durante a desidratação de sementes de cacau em um secador com
tratamento do ar (desumidificação por sistema de refrigeração) nas temperaturas de
28,2; 40,4 e 56°C, encontraram valores de conteúdo de polifenóis totais na faixa de 44
a 73%, sendo estes inferiores a amostra padrão de referência (freeze drying – 100%).
A maior retenção dos polifenóis foi encontrada quando a temperatura do ar foi
diminuída de 56°C para 28,2°C.
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Matéria prima
Os vegetais integrantes da pasta foram adquiridos em mercados e feiras
livres na cidade de Rio Grande (RS) em bom estado de conservação, sendo
encaminhados ao Laboratório de Operações Unitárias (FURG). A formulação da pasta
foi realizada através da programação linear proposta por Larrosa, 2012. A seleção dos
constituintes da pasta foi realizada de acordo com a quantidade de compostos
fenólicos e da atividade antioxidante total de cada vegetal. Assim, os vegetais
integrantes foram: couve (Brassica oleracea), cebola (Allium cepa L.), tomate
(Lycopersicum esculentum), cenoura (Daucus carota L.) e batata (Solanum
tuberosum). Estes foram selecionados, lavados em água corrente, descascados,
cortados em pedaços (da couve foram retirados os talos e nervuras das folhas) e
pesados na proporção mostrada na Tabela 2.
16
Tabela 2: Valores em gramas dos vegetais utilizados para formulação da pasta por
programação linear.
Vegetal Massa (%)
Tomate 33,13
Batata 19,37
Couve 12,94
Cebola 29,85
Cenoura 4,66
Óleo de soja 0,05
O processo de obtenção da pasta consistiu em triturar os vegetais em uma
centrífuga doméstica para obter a maior extração do suco e maior aproveitamento dos
nutrientes. Em seguida, foi utilizado um multiprocessador doméstico de alimentos para
triturar o resíduo sólido juntamente com o suco, extraídos na centrifugação. A pasta
obtida foi homogeneizada em um liquidificador doméstico com adição de óleo de soja
comercial. Após, foi colocada em uma peneira por um período de meia hora, para
decantar com a finalidade de atingir umidade de, aproximadamente, 87%,
possibilitando, assim, o manuseio da pasta na bandeja do secador sem gotejar.
3.2. Procedimento experimental
3.2.1. Construção do secador
O secador foi dimensionado de acordo com as normas ANSI/AMCA 210-07
NSI/ASHRAE 51-07 “Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic
Performance Rating”, que trata de distâncias a serem observadas a montante e a
jusante do local de secagem, e também do cálculo para construção e locação do
homogeneizador de fluxo (Figura 3), assim como, o posicionamento do tubo de Pitot a
fim de garantir o correto funcionamento dos mesmos (Figura 4). Por se tratar de um
equipamento experimental e para facilitar a construção, foi escolhida para os dutos a
17
secção quadrada, com uma aresta interna de 200 mm. Paralelo ao duto de secagem
foi construído um segundo duto para ser utilizado como by-pass.
Figura 3: Esquema de dimensionamento do homogeneizador de fluxo, sendo y
espessura do material da colméia (y= 0,075D ± 0,005D), b aresta da célula, D
diâmetro do duto e L comprimento (L= 0,45D± 0,005D).
Figura 4: Dimensões para localização do homogeneizador segundo as normas
ANSI/AMCA 210-07 NSI/ASHRAE 51-07.
18
Na extremidade de entrada do ar nos dutos, foi instalado um registro
(Figura 28) através do qual é possível desviar o fluxo do fluído de secagem para o
duto auxiliar, com a finalidade de garantir as pesagens da amostra durante o processo,
evitando, assim, interferências na balança que está acoplada ao duto (Figura 42). Nas
extremidades dos dutos foram colocados dutos curvos que os conectam com a parte
inferior (estação de condicionamento do ar) através de mangas impermeáveis e
flexíveis, a fim de evitar vibrações no equipamento de pesagem (Figura 41). O material
utilizado na construção foi serragem de madeira prensada (MDF) de 15 mm de
espessura com revestimento impermeável nas duas faces. A escolha foi feita em
função da facilidade na montagem e pelo baixo coeficiente de condutividade térmica,
que impede parcialmente a troca de calor com o ambiente. Uma amostra do MDF foi
testada em estufa a 80°C durante 6 h para garantir a integridade do material,
possibilitando assim, o seu emprego no projeto.
O ar utilizado foi impulsionado no interior da câmara da secagem através
do duto horizontal por um ventilador centrífugo (CONSUL, Brasil), de 36 aletas, com
195 mm de diâmetro e 120 mm largura, acoplado a um motor (VOGES, Brasil) de ½ cv
com quatro pólos, 220V trifásico. A rotação do ventilador foi controlada por um inversor
de freqüência (WEG, CFW-08, Brasil), (Figura 40) possibilitando uma variação linear
de velocidades de operação entre 0,5 e 5 m s-1. Um termômetro digital (FULL GAUGE,
TI 07 Ri, Brasil), permitiu o controle visual da temperatura do motor do ventilador, pois,
rotações inferiores a nominal diminuem o arrefecimento, podendo ocasionar a queima
do mesmo.
O ar foi aquecido em uma câmara com duas resistências (FAME, Brasil) de
600 W, 220 V, gerando calor para temperaturas de até 45°C e duas auxiliar blindada e
aletada (SULIMAC, Brasil) de 1500 W, 220 V, para temperaturas maiores que 45°C, e
menores e iguais a 80°C (Figura 32). A medida da temperatura interna próximo a
bandeja de secagem, foi feita por um sensor tipo termistor (NTC) ligado a um
controlador (FULL GAUGE, MT 516 R, Brasil) com precisão de 0,1°C, sendo este
também responsável pelo acionamento das duas contactoras (LG CH 3N, Brasil) que
energizam as resistências de aquecimento. A velocidade do ar foi calculada pela
equação de Bernoulli, e a diferença entre a pressão estática e dinâmica dos pontos
verificados no interior do duto, medida com um tubo de Pitot (DWYER, 5/16” x 12”,
EUA) conectado com tubos flexíveis a um manômetro de tubo inclinado (SALCAS, DTI
10, Brasil) utilizando um fluído manométrico de densidade relativa 0,75 (Figura 30). A
19
umidade relativa do ar no interior do secador foi determinada pelo quociente entre a
pressão de vapor na temperatura de secagem pela pressão de vapor na temperatura
de saturação do trocador frio.
A vista superior e frontal do equipamento experimental estão apresentadas
nas Figuras 5 e 6.
Figura 5: Vista superior do equipamento experimental de secagem fluxo paralelo,
sendo: (1) duto principal; (2) duto by-pass; (3) registro aberto; (4) tampa de acesso a
bandeja; (5) homogenizador.
Figura 6: Vista frontal do equipamento experimental de secagem fluxo paralelo, sendo:
(3) registro; (6) balança; (7) poço para termômetro e Pitot; (8) ventilador centrífugo; (9)
trocador de calor frio; (10) sistema de refrigeração; (11) quadro de comando; (12)
resistências elétricas; (13) bandeja de secagem; (14) mangas flexíveis.
20
O raio hidráulico do duto quadrado do secador foi calculado através da
Equação 11, para verificar a relação entre a aresta e o raio da seção circular
equivalente.
)(2
)(4
dc
cdRh
+= (11)
sendo c e d as arestas do duto (m).
A fim de garantir a condição de escoamento turbulento, a velocidade
mínima foi calculada através da equação de Reynolds (Equação 12) para as
temperaturas do ar de 30 e 80°C. Este cálculo foi realizado para a máxima e mínima
temperatura de operação, para verificar quanto a diferença dos valores de massa
especifica e viscosidade influenciam o valor da velocidade.
µ
ρDv=Re (12)
sendo que D é diâmetro (m), v é velocidade do ar (m s-1), ρ é massa especifica do a
(kg m-3) e µ é viscosidade do ar (kg m-1 s-1).
O cálculo da velocidade do ar em função da variação de pressão (∆p) a ser
lida no manômetro de tubo inclinado foi realizado através da Equação13.
ρ
pKv p
∆=
2 (13)
sendo Kp a constante do Pitot fornecida pelo fabricante, v a velocidade do ar (m s-1), ρ
a massa específica do ar na temperatura de operação (kg m-3).
A desumidificação do sistema ocorreu pela passagem do ar através de um
trocador de calor frio (serpentina lisa de tubo de cobre ½” com 2 m de comprimento)
localizado no interior da estação de condicionamento de ar (Figura 35). Uma pequena
bomba centrífuga (Lorenzetti, Brasil) de 52 W, 127 V, força a circulação de uma
solução de água e monoetilenoglicol (50%) à baixa temperatura (-23 ± 2°C) em seu
interior (Figura 45). A retirada do calor da solução intermediária ocorre pelo contato
com um evaporador espiral (Figura 34) com área de troca térmica igual a 0,176 m²
21
com dimensões externas de 160 mm de diâmetro e 300 mm de altura, construído
com 4,5 m de tubo de cobre (diâmetro nominal de ½”) colocado dentro um tanque
circular (Figura 38), (190 mm de diâmetro interno e 370 mm de altura), isolado
termicamente (com 40 mm de poliuretano expandido recoberto com uma camada de
1,5 mm de fibra de vidro e resina de poliéster). A temperatura do tanque é medida e
controlada por um termostato eletrônico (FULL GAUGE, TI 511 R, Brasil) que
comanda o acionamento do sistema de refrigeração através de uma contactora
(SIEMENS, 3TA21 11-AO, Brasil). O sensor do controlador (termistor NTC) foi
introduzido dentro de uma bainha de tubo de cobre de 5/16” com uma extremidade
fechada e colocado dentro do tanque da solução.
O fluxograma de refrigeração indireto utilizado para o condicionamento do
ar no interior da célula de secagem está representado na Figura 7.
Figura 7: Fluxograma de refrigeração indireta, sendo: (F1) compressor; (F2)
condensador; (F3) depósito; (F4) visor de líquido; (F5) filtro secador; (F6) válvula de
expansão; (S1) tanque da solução intermediária; (S2) bomba; (S3) válvulas
solenóides; (S4) trocador de calor frio.
O evaporador tem na sua entrada uma válvula de expansão (DANFOSS,
TES 2, Brasil), e está conectado a uma base condensadora formada por um
compressor rotativo (TECUMSEH, RG191ER-07, Brasil), um depósito de refrigerante
com capacidade 1,2 L, um visor de líquido de ¼¨, um filtro secador (L- 10x1/4¨R), um
condensador aletado (ELGIN, TUA 1-022, 1,8 m², Brasil), um micro ventilador (ELGIN,
22
MM 11B, Brasil) de 110/220 V,1600 rpm, uma válvula solenóide (DANFOSS, ¼¨, 220
V, Brasil), um registro de ¼¨ e um registro de ½¨ (Figura 36). As linhas de alimentação
e retorno do evaporador foram colocadas em contato e isoladas termicamente para
proporcionar sub-resfriamento no fluído líquido que chega ao dispositivo de expansão
e simultaneamente, super aquecimento do vapor aspirado pelo compressor,
necessário ao bom funcionamento do ciclo. O refrigerante utilizado foi o R 402-b, um
blend que é indicado para temperaturas de evaporação acima de -26 °C e a carga foi
de 0,64 kg.
3.2.2. Ensaios de secagem
Os ensaios de secagem utilizando amostras de pasta de vegetais foram
realizados em secador de bandeja com condicionamento do ar, sendo a bandeja
quadrada (145 mm de aresta) de tela expandida de aço carbono zincado (mesh 10)
com 54 ± 2% de abertura. A velocidade do ar foi de 2,0 m s-1 para que o efeito da
resistência externa a transferência de massa fosse desprezível (CHIRIFE, 1983). A
umidade absoluta do ar de secagem foi de 0,0015 ± 0,0005 kg kg-1 (base seca).
Durante a operação, valores de massa foram anotados a cada 3 min nos
primeiros 45 min, e após em intervalos de 5 min até ser atingida a umidade comercial
do produto de, aproximadamente, 10% (base úmida). A massa das amostras foi
medida em uma balança eletrônica (Núcleo, modelo PR2000NW, Brasil) com precisão
de 0,01g, acoplada ao secador. As medições de espessura das amostras foram
efetuadas utilizando-se um paquímetro (Mitutoyo, Brasil). Todos os experimentos
foram realizados em duplicata.
Para o estudo da cinética da secagem foram utilizadas espessuras da bandeja
de 3 e 7 mm com as respectivas massas de 0,100 ± 0,002 kg e 0,210 ± 0,002 kg, e
temperaturas do ar de secagem de 35 e 55ºC. A fim de definir a melhor região de
operação para a secagem de pasta de vegetais com condições controladas do ar, foi
realizado um segundo estudo utilizando a metodologia de superfície de resposta, com
valores de espessuras da bandeja de 3, 5 e 7 mm e temperaturas do ar de secagem
de 35, 45 e 55ºC.
23
3.3. Métodos analíticos
3.3.1. Umidade
A determinação da umidade das amostras, da pasta de vegetais in natura
e desidratadas, foi realizada por análise gravimétrica em estufa a vácuo (Quimis,
modelo Q819Z2, Brasil), a 70°C e 100 mmHg (AOAC, 1995).
3.3.2. Cor e diferença de cor
A cor da pasta de vegetais in natura e desidratada foi avaliada utilizando
um sistema Minolta (CR-300, Minolta Corporation, Ramsey, EUA), através da medida
do diagrama de cor tridimensional (L*-a*-b*). L* indica luminosidade, a* indica
cromaticidade tendendo do verde (-) até vermelho (+), e b* indica a cromaticidade que
varia do azul (-) até amarelo (+). A diferença total de cor (∆E) e o ângulo Hue (Hab)
das amostras foram determinados conforme Equações 14 e 15, respectivamente.
2*2*2*)()()( E Lba ∆+∆+∆=∆ (14)
*
*tan
1
a
bH ab
−=
(15)
sendo ∆a a variação das cores verde e vermelho, ∆b a variação das cores azul, e amarelo ∆L
a variação da luminosidade.
3.3.3. Compostos fenólicos
A determinação dos compostos fenólicos totais da pasta de vegetais, in
natura e das amostras desidratada, foi realizada através de um extrato fenólico obtido
segundo a metodologia de Oliveira et al. (2007). O método baseia-se na adição de
álcool metílico a frio, seguida de agitação, partição com hexano e clarificação com
hidróxido de bário 0,1 M e sulfato de zinco 5% (p/v). Os extratos metanólicos foram
também concentrados sob pressão reduzida (700 mmHg) à 60°C em um evaporador
rotativo.
24
A quantificação dos compostos fenólicos totais foi realizada pelo método
espectrofotométrico (Bioespectro SP-22, Brasil) utilizando o reagente Folin-Ciocalteau,
no comprimento de onda de 750nm, empregando-se uma curva padrão de ácido gálico
(0 a 20 µg mL-1) e os resultados foram expressos em µg de fenólicos totais em
equivalente de ácido gálico (EAG) por grama de amostra, em base seca.
3.3.4. Atividade antioxidante total
A atividade antioxidante dos extratos metanólicos dos vegetais, da pasta in
natura e dos produtos desidratados, foi determinada pela capacidade de seqüestrar o
radical estável 1-1-difenil-2-picrihidrazil (DPPH), segundo o método descrito por Brand-
Williams, Cuvelier e Berset (1995), modificado por Miliauskas, Venskutonis e Van Beek
(2004). A determinação se baseou em alíquotas (0,5 mL) do extrato metanólico da
amostra, que foram colocadas em diferentes tubos de ensaio. Em seguida, cerca de
3,5 mL da solução de DPPH em metanol (5x10-5 M) foram adicionados aos tubos e,
após agitação, foram deixados em repouso ao abrigo da luz. A absorbância foi medida
a 515 nm em um espectrofotômetro de UV visível, e a leitura foi realizada após 60 min.
A capacidade de seqüestrar o radical foi expressa em percentual (%inibição) , calculada
em relação ao controle (sem antioxidante), segundo a Equação 16.
100Abs
% controleinibição
controle
amostra
Abs
Abs−= (16)
sendo Abscontrole a absorbância da amostra em branco, e Absamostra a absorbância da
solução extraída
3.4. Reidratação
A reidratação das amostras desidratadas foi determinada usando uma
modificação do aparelho de Baumann efetuada por Torgensen e Toledo (1977),
adaptado por Weska, Brizio e Pinto (2006). O aparelho consiste de um funil conectado
a um capilar horizontal (pipeta graduada), e está apresentado na Figura 8. A amostra
(1 g) foi espalhada em um papel de filtro umedecido, colocado no topo de um funil de
25
Buchner com água ao nível da placa perfurada, tomando-se o cuidado de retirar o
excedente de água, com papel absorvente. Os ensaios foram conduzidos à
temperatura ambiente. A absorção de água pela amostra, ao longo do tempo, foi lida
na pipeta, até a saturação da amostra.
Figura 8: Equipamento utilizado para determinar a taxa de reidratação. Fonte: Weska,
Brizio e Pinto (2006)
3.5. Caracterização da secagem
3.5.2. Cinética da secagem
A caracterização da secagem foi realizada através das curvas de secagem
do adimensional de umidade (X/X0) em função do tempo de secagem, da taxa de
secagem (N) em função da umidade absoluta (X) e do adimensional de água livre [(X-
XE)/(X0-XE)] em função do tempo de secagem.
A partir das curvas do adimensional de água livre em função do tempo
foram obtidos os valores da constante de secagem (K) pela equação de Henderson e
Pabis (Equação 2), por ter significado físico na sua interpretação, já que pode ser vista
como uma simplificação da solução analítica do modelo difusivo para tempos longos
de secagem (PANCHARIYA; POPOVIC; SHARMA, 2002).
A análise de regressão não linear foi realizada com os dados
experimentais da secagem de pasta de vegetais, pelo software Statistica 7.0 (StatSoft
26
Inc., Tulsa, OK, USA), que estimou os parâmetros da Equação 2. O ajuste para as
diferentes temperaturas foi avaliado com o coeficiente de determinação (R²).
A difusividade efetiva de umidade envolve todos os possíveis efeitos
internos, sendo, em geral, dependente da umidade do material e da temperatura do ar
de secagem. Logo, a determinação do valor da difusividade efetiva de umidade foi
realizada através da Equação 10, sendo esta amplamente utilizada na literatura
(CHIRIFE, 1983).
3.5.3. Cinética da reidratação
A cinética de reidratação das amostras da pasta de vegetais desidratada
foi obtida de forma semelhante à secagem, estimando-se a constante de reidratação
(KR) a partir do adimensional de água livre na reidratação [(Xsat-X)/(Xsat-XF)] (Equação
17). A umidade de equilíbrio (XE) foi substituída pela umidade final de saturação do
produto reidratado (Xsat), e a umidade inicial das amostras in natura na secagem (X0)
foi substituída pela umidade das amostras no final da secagem (XF) (MAZZA;
LEMAGUER, 1980).
).exp
(
.= tKAXXXX
RFs
at
sa
t-
-
- (17)
3.6. Análise estatística
3.6.1 Caracterização da secagem de pasta de vegetais em camada
delgada com condicionamento do ar
As respostas encontradas nos experimentos de secagem foram
comparadas estatisticamente utilizando o teste Tukey a um nível de significância de
95% (p≤0,05), utilizando o programa Statistica 7.0 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, USA).
27
3.6.2. Otimização da secagem convectiva de pasta de vegetais com
condicionamento do ar
Nos experimentos de secagem, os efeitos da temperatura do ar de
secagem (x1) e espessura da bandeja (x2) foram estudados através de um
planejamento experimental 22 com três pontos centrais. As respostas utilizadas foram
diferença de cor (∆E), compostos fenólicos e atividade antioxidante total. O estudo foi
realizado através da metodologia de superfície de resposta (MYERS; MONTGOMERY,
2002). Os resultados foram analisados utilizando o programa Statistica 7.0 (StatSoft
Inc., USA).
A Tabela 3 apresenta a matriz do planejamento experimental 2² com
pontos centrais, utilizado na secagem de pasta de vegetais em camada delgada, com
os fatores de estudo na forma codificada e não codificada.
Tabela 3: Matriz do planejamento experimental utilizado na secagem convectiva de
pasta de vegetais com condicionamento do ar.
Experimento Temperatura
codificada (x1)
Temperatura
(°C)
Espessura
codificada (x2)
Espessura
(mm)
1 −1 35 −1 3
2 −1 35 +1 7
3 +1 55 −1 3
4 +1 55 +1 7
5 0 45 0 5
6 0 45 0 5
7 0 45 0 5
O modelo estatístico teórico em forma codificada para as resposta
diferença de cor (Y∆E), compostos fenólicos (Yfen) e atividade antioxidante total (Yaa) é
dado pela Equação 18.
2121 fxexdxc xYR +++= (18)
28
sendo Yr a resposta prevista (em termos de valor real), c, d, e, f são as constantes, x1 e
x2 são a temperatura do ar e a espessura da bandeja, respectivamente, na forma
codificada.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Caracterização da secagem de pasta de vegetais em camada delgada
com condicionamento do ar
4.1.1. Dimensionamento e construção do secador
Segundo recomendação do fabricante do tubo de Pitot (Figura 4), para se
obter exatidão nas medidas, não pode existir interferências no duto 10 D a montante e
de 5 D a jusante do ponto de medição, logo, o comprimento do duto de secagem foi de
3 m. Já o homogenizador, para garantir a condição de fluxo desenvolvido e estar
dentro das normas ANSI/AMCA 210-07 NSI/ASHRAE 51-07, teve como dimensões:
comprimento de 0,09 m, aresta de 0,015 m e o material deve ter espessura menor ou
igual a 0,001 m. Conforme indica a norma, para o homogenizador ser eficiente na
distribuição do fluxo no interior do duto de secagem, este ficou posicionado a uma
distância de 1,050 m a montante do tubo de Pitot .
O valor do raio hidráulico (Equação 11) do duto de secagem foi de 0,2 m. A
velocidade mínima de operação para garantir um escoamento turbulento (Equação 12)
foi de 1,04 e 0,80 m s-1 para as temperaturas de 80 e 30°C. Diante dos resultados,
verificou-se que a velocidade do ar de secagem acima de 1,04 m s-1 garante a
condição de fluxo turbulento para a faixa de temperatura de operação utilizadas.
A variação de pressão (∆p), Equação 13, a ser lida no manômetro de tubo
inclinado para se obter a condição de operação de 2 m s-1 foi 1,03 Pa. A velocidade do
ar em função da rotação do soprador está apresentada na Tabela 4.
Os pontos para medida de velocidade no duto foram locados segundo a
regra logarítmica de Tchebycheff (ASHRAE HANDBOOK, 1993) para dutos
retangulares, adaptada para dutos quadrados, considerando-se o mesmo número de
linhas transversais e horizontais (5), que resultou em 25 pontos de verificação
conforme mostrado na Figura 9.
29
Tabela 4: Valores de velocidade do ar em função da rotação do soprador do secador.
Rotação Velocidade
(rpm) (m s-1)
1680 5,0
1500 4,5
1290 4,0
1160 3,5
980 3,0
840 2,5
650 2,0
500 1,5
350 1,0
170 0,5
Figura 9: Perfil de velocidade do ar (m s-1) no interior do duto de secagem.
30
O perfil de temperatura, a fim de garantir a uniformidade do potencial
térmico no interior do duto de secagem, foi realizado a temperatura de 50°C, e está
representado na Figura 10.
Figura 10: Perfil da temperatura do ar (°C) no interior do duto de secagem, para 50°C.
4.1.2. Caracterização da secagem
A partir dos ensaios de secagem das amostras de pasta de vegetais com
escoamento paralelo do ar, foram caracterizadas as curvas do adimensional de
umidade (X/X0) em função do tempo, da taxa de secagem (N) em função da umidade
absoluta (X), conforme apresentadas nas Figuras 11 e 12, respectivamente.
31
0 100 200 300 400 500 600
Tempo (min)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
X/X
0
35ºC_3mm35ºC_7mm55ºC_3mm55ºC_7mm
Figura 11: Curvas do adimensional de umidade das amostras de pasta de vegetais em
função do tempo para a secagem em camada delgada com condicionamento do ar.
.
0 1 2 3 4 5 6 7
Xmédio (gH2O gss-1)
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
N (
gH
2O g
ss-1
min
-1)
35ºC_3mm 35ºC_7mm 55ºC_3mm 55ºC_7mm
Figura 12: Curvas da taxa de secagem em função da umidade das amostras de pasta
de vegetais para a secagem em camada delgada com condicionamento do ar.
.
32
Nas Figuras 11 e 12, pode-se observar que a secagem ocorreu em dois
períodos distintos sendo o primeiro período de taxa constante e o segundo período de
taxa decrescente. Este comportamento é típico para materias com altos teores de
umidade inicial como é o caso da pasta de vegetais que apresentou umidade inicial de
0,87 kg kg-1, base úmida (que corresponde ao valor de 6,69 kg kg-1 em base seca). No
período de taxa constante a evaporação superficial é intensa, sendo o processo
controlado pela capacidade de absorção de vapor água do ar de secagem, o que
depende essencialmente do tipo de secador e das condições do ar utilizado no
processo. No período de taxa decrescente ocorre uma acentuada variação da
umidade da amostra em função do tempo, sendo o mecanismo de difusão líquida
responsável pela migração interna de umidade no início deste período. Já no final do
processo a variação de umidade se torna menos pronunciada, pois o mecanismo de
difusão de vapor passa a ser o controlador desta etapa (CHIRIFE, 1983).
A utilização de maiores temperaturas do ar para uma mesma espessura
resultou em maiores valores de taxa de secagem (Figura 12) e, conseqüentemente, o
tempo de secagem diminuiu (Tabela 5). Isto ocorreu devido ao aumento da
transferência de calor entre o ar e pasta de vegetais, e a aceleração da migração de
água dentro da amostra. A influência da temperatura na taxa de secagem também foi
observada durante a desidratação em camada delgada de pimenta com temperaturas
do ar de 50, 55, 60 e 65°C (KALEEMULLAH; KAILAPPAN, 2006) e para grãos
descascados de café a 35, 45 e 55°C (GONELI et al., 2009).
A Tabela 5 apresenta os valores do tempo total de secagem, umidade
crítica e tempo da taxa constante.
33
Tabela 5: Tempo total de secagem, umidade crítica e tempo de taxa constante para a
secagem em camada delgada com condicionamento do ar.
Experimentos ttotal
* Xc* ttaxa constante
*
(min) (kgH2O kgb.s. -1) (min)
35°C_3 mm 285 ± 5 a 2,50 ± 0,04 a 130 ± 5 a
35°C_7 mm 560 ± 5 b 2,43 ± 0,05 a 230 ± 5 b
55°C_3 mm 195 ± 5 c 3,09 ± 0,03 b 65 ± 5 c
55°C_7 mm 365 ± 5 d 3,04 ± 0,03 b 110 ± 5 d
*Valor médio ± erro padrão (em duplicata). Letras iguais em mesma coluna
(p>0,05). Letras diferentes em mesma coluna (p≤0,05).
Pode-se observar na Tabela 5 que todos os parâmetros que caracterizam
a secagem foram diferentes significativamente ao nível de 95% (p≤0,05). A umidade
crítica da pasta de vegetais (Xc) foi influenciada apenas pelo aumento na temperatura
do ar de secagem, uma vez que a espessura da bandeja não contribuiu para esta
variação. O tempo de duração da taxa constante foi de 30 a 40 % do tempo total de
secagem, sendo que o menor valor foi verificado para as maiores temperaturas do ar
de secagem. Este comportamento é característico para secagem de vegetais com
elevado teor de umidade, sendo que a maior capacidade de absorção de água do ar
(menor pressão parcial de vapor) influencia diretamente a operação diminuindo o
tempo da taxa constante.
Para o cálculo da constante de secagem (K), os valores da umidade de
equilíbrio (XE) da pasta de vegetais, nas temperaturas de 35, 45 e 55°C, foram
estabelecidos dinamicamente em ensaios de secagem (com duração de 24 h) até
atingir a massa constante das amostras, obtendo-se os valores de 0,022, 0,014 e
0,008 kg kg-1 (base seca), respectivamente. O modelo de Henderson-Pabis (Equação
2) foi ajustado aos dados experimentais a partir da umidade crítica (XC), para a
determinação da constante de secagem (K), que foi utilizada no cálculo da difusividade
efetiva de umidade (Def) através da Equação 10 . As curvas do adimensional de água
livre em função do tempo de secagem estão apresentadas nas Figuras 45, 46, 47 e 48
do Apêndice.
34
Segundo Martins, Porto e Pinto (2004), estudando a secagem de cebola, o
encolhimento do material mostrou comportamento linear, e ocorreu praticamente no
período de taxa constante e na primeira fase do período de taxa decrescente. Devido
a este fato, a determinação dos valores de difusividade efetiva de umidade (Equação
10) foram calculadas utilizando a média entre a espessura correspondente a umidade
crítica e umidade final da operação..
Na Tabela 6 estão apresentados os valores de espessura final, espessura
correspondente a umidade crítica, constante de secagem calculados a partir do
modelo de Henderson-Pabis , coeficientes de determinação do ajuste desta equação
aos dados experimentais e difusividade efetiva de umidade, para os experimentos
utilizados.
Tabela 6: Espessura final, espessura correspondente a umidade crítica, constante de
secagem (K), difusividade efetiva de umidade (Def) e coeficiente de determinação (R2)
para a secagem em camada delgada com condicionamento do ar.
*Valor médio ± erro padrão (em duplicata). Letras iguais em mesma coluna
(p>0,05). Letras diferentes em mesma coluna (p≤0,05).
O parâmetro K representa a velocidade de difusão de água no material
quando a resistência externa a transferência de massa do ar é desprezível, e quanto
mais alto seu valor maior será a variação da umidade e menor o tempo de operação
(MANDALA; ANAGNOSTARAS; OIKONOMOU, 2005). Na Tabela 6 observou-se que
os valores da constante de secagem foram diferentes significativamente (p≤0,05) e
influenciados não só pela variação da temperatura como também pela espessura da
bandeja. Sendo que, para uma mesma condição de secagem a maior espessura da
Experimentos
Espessura
final
(mm)
Espessura
(Xc)
(mm)
K*
(min-1)
Def*
(m2 s-1)x1010 R2
35°C_3 mm 0,9 ± 0,1 1,6 ± 0,1 0,0175 ± 0,0006 a 0,46 ± 0,04 a 0,993
35°C_7 mm 0,9 ± 0,1 3,2 ± 0,1 0,0069 ± 0,0008 b 0,49 ± 0,02a 0,999
55°C_3 mm 1,6 ± 0,1 2,5 ± 0,1 0,0239 ± 0,0007 c 1,70 ± 0,08 b 0,996
55°C_7 mm 1,8 ± 0,1 4,2 ± 0,1 0,0115 ± 0,0006 d 1,75 ± 0,05 b 0,998
35
bandeja resultou em menores valores de K, ao contrário do aumento de temperatura
que elevou o mesmo.
O modelo exponencial de Henderson e Pabis (Equação 2) apresentou um
bom ajuste aos dados experimentais para o cálculo da constante de secagem, nas
temperaturas de 35 e 55°C, evidenciado pelos altos valores do coeficiente de
determinação (R2 > 0,99).
Os valores de difusividade efetiva mostrados na Tabela 6 encontram-se
dentro da faixa comumente apresentada na literatura para alimentos que varia entre
10-11 a 10-9 m2 s-1 (CHIRIFE, 1983). Os valores de Def aumentaram com o acréscimo
da temperatura do ar de secagem e não apresentaram diferença significativa (p>0,05)
entre as espessuras de 3 e 7 mm, quando utilizado o mesmo potencial térmico. Isto
comprova que a difusividade efetiva de umidade é função apenas da umidade inicial
da amostra e da temperatura do ar de secagem, não sendo afetada pela espessura do
material.
Sacilik e Unal (2005) na secagem de alho encontraram valores de 1,95 a
3,35x10-10 m2 s-1, para espessuras de 3 e 5 mm, com temperatura do ar de secagem
de 40, 50 e 60ºC. Segundo Kaleemullah e Kailappan (2006) o aumento da temperatura
do ar de 50 para 65°C, durante a secagem de pimenta em camada delgada, resultou
em uma variação no valor da difusividade efetiva de 3,79 para 7,10 x 10-9 m2 s-1,
respectivamente. Este comportamento também foi evidenciado para a secagem de
grãos de cacau por Hii, Law e Cloke (2009) e os valores de Def foram de 7,46 x 10 -11 a
1,87 x 10-10 m2 s-1. Khazaei, Chegini e Bakhshiani (2008) obtiveram Def de 5,4 x 10-10
m2 s-1 para a secagem de fatias de 7 mm de tomate a 60°C.
4.1.3. Caracterização do produto
4.1.3.1. Cor
A Tabela 7 apresenta os valores de luminosidade (L*), cromaticidades “a” e
“b” e ângulo Hue para as amostras secas dos experimentos, assim como, para a pasta
in natura.
36
Tabela 7: Valores da luminosidade, cromaticidade e ângulo Hue das amostras na
secagem em camada delgada com condicionamento do ar.
Experimentos L* a* b* Hab*
35°C_3 mm 42,50 ± 0,62 ª -6,47 ± 0,05 a 25,45 ± 0,34 ª 104,27 ± 0,11 a
35°C_7 mm 46,91 ± 0,47 b -4,02 ± 0,12 b 27,15 ± 0,26 ab 98,42 ± 0,26 b
55°C_3 mm 44,70 ± 0,52 c -5,77 ± 0,13 c 26,11 ± 0,44 ª 102,45 ± 0,08 c
55°C_7 mm 48,44 ± 0,72 b -2,93 ± 0,05 d 28,42 ± 0,02 b 95,89 ± 0,09 d
In natura 34,49 ± 0,33 d -7,94 ± 0,33 e 18,54 ± 1,14 c 113,18 ± 0,15 e
*Valor médio ± erro padrão (em duplicata). Letras iguais em mesma coluna (p>0,05).
Letras diferentes em mesma coluna (p≤0,05).
Os dados experimentais da Tabela 7 mostram que os valores
apresentados para luminosidade aumentaram para maiores temperaturas e
espessuras da amostra, significando que a pasta seca ficou mais clara que a in natura
(o valor mais próximo de 100 indica que a amostra é mais clara). Maiores valores de
luminosidade podem advir de reações oxidativas de pigmentos presentes, pois, para
uma mesma temperatura, a amostra de maior espessura (maior tempo de contato com
o ar do secador favorecendo a oxidação) apresentou um maior valor de (L*). Embora
seja muito difícil conseguir reunir em um processo condições que mantenham o
produto final igual ao fresco, o processo térmico ideal é aquele que preserva ao
máximo as características funcionais e físico-químicas do produto inicial.
Quanto aos valores de cromaticidades apresentados na Tabela 7, para a
cromaticidade a*, tanto nos tratamentos quanto na pasta in natura foram obtidos
valores negativos, mostrando uma tendência da tonalidade verde. Porém, o produto
final em todas as condições apresentou uma diminuição desta tonalidade. A
cromaticidade b* mostrou tendência à tonalidade amarela devido aos valores positivos,
no entanto, a secagem proporcionou um aumento desta tonalidade. Comportamento
similar a este, também foi observado por Larrosa (2012) para a secagem de pasta de
vegetais em leito de jorro.
Os valores de ângulo Hue apresentados na Tabela 7 foram calculados com
os resultados das cromaticidades “a” e “b”, e apresentaram valores menores que os da
37
pasta in natura, sendo que, o experimento de 35°C e espessura 3 mm, apresentou a
menor diferença percentual de 7,8%. Essa alteração pode ser causada pela
destruição ou alteração da estrutura química das clorofilas, que são pigmentos
majoritários em plantas e instáveis em processos térmicos (STREIT et al., 2005).
Porém, não é possível definir a melhor condição de operação para a secagem de
pasta de vegetais somente com a cor do material, uma vez que parâmetros químicos e
nutricionais como, por exemplo os compostos fenólicos, são de grande importância
para avaliar a qualidade do produto desidratado.
O efeito da temperatura do ar sobre a cor da amostra também foi
evidenciado por Guiné e Barroca (2012), na secagem de pimentão verde com ar
quente, pois os tratamentos realizados a 30°C apresentaram alterações de cor
inferiores aos tratamentos de 70°C. Vega-Gálvez et al. (2012) na secagem convectiva
de maçã observaram que o uso da temperatura de 60°C resultou em menor alteração
da cor do produto desidratado, uma vez que o escurecimento foi favorecido a 40°C
pelo tempo de secagem prolongado e a 80°C pelo efeito do maior potencial térmico.
Garau et al. (2007) durante a secagem tradicional de laranja com ar quente, obteve
maior degradação da cor nas amostras desidratadas quando utilizou temperaturas
elevadas de 70 a 90°C. No entanto, o escurecimento se mostrou mais intenso para a
polpa seca a 30°C, devido ao extenso período de secagem necessário para se atingir
a umidade comercial.
4.1.3.2. Reidratação
Os experimentos de reidratação foram realizados utilizando as amostras
obtidas nos quatro ensaios de secagem da pasta de vegetais, em camada delgada,
com fluxo de ar paralelo e condições controladas do ar. As curvas que descrevem o
comportamento da reidratação do produto estão apresentadas na Figura 13.
38
0 20 40 60 80 100 120 140
Tempo (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
X %
(ba
se ú
mid
a)
35ºC_3mm35ºC_7mm55ºC_3mm55ºC_7mm
Figura 13: Curvas do percentual de umidade (base úmida) em função do tempo para
os experimentos de reidratação das amostras secas em camada delgada com
condicionamento do ar.
Na Figura 13 podemos observar que os experimentos de 3 mm de
espessura nas temperaturas de 35 e 55°C foram os que apresentaram o maior
percentual de umidade saturação (81,5 %), o que corresponde a um percentual de
reidratação de 93,7% em relação a amostra úmida (Tabela 8). O alto percentual de
reidratação em relação ao produto in natura indica que as condições operacionais
utilizadas foram brandas, como consequência um baixo grau de ruptura estrutural e
celular. Para todos os experimentos realizados o tempo para atingir a umidade de
transição foi de aproximadamente 10 min, representando a maior quantidade de água
absorvida pelo produto, para o tempo restante a velocidade de reidratação foi inferior.
Este comportamento assintótico está relacionado com a diminuição da força motriz
para a transferência de água a medida que a reidratação progride e o sistema está
perto de equilíbrio. Comportamento semelhante a este foi encontrado por Moreira et al.
(2008) para a reidratação de castanha desidratada, por Dadali, Demirhan e Özbek
(2008) para a reidratação de espinafre desidratado em secador de microondas e por
García-Segovia, Andrés-Bello e Martínez-Monzó (2011) para a reidratação de
cogumelo Shiitake (Lentinus edodes) seco com ar quente.
Larrosa (2012), na secagem de pasta de vegetais em leito de jorro,
encontrou tempos de reidratação de 45 min, sendo que a maior adsorção de água livre
39
pelo material seco ocorreu nos primeiros 5 min. Esta rápida reidratação, comparada
com os valores encontrados neste estudo, ocorreu, provavelmente, devido a menor
granulometria da amostra obtida na secagem em leito de jorro. Porém, Larrosa (2012)
obteve valores de percentuais médios de reidratação em relação à pasta in natura, em
torno de 85,5%, mostrando, assim, maior dano na estrutura celular quando comparado
com os resultados obtidos nesse estudo.
Os valores da umidade de saturação juntamente com as constantes de
reidratação (calculadas pelo ajuste do modelo da Equação 17 até a umidade de
transição, aproximadamente10 min) e seus respectivos coeficientes de determinação
estão apresentados na Tabela 8. Nas Figuras 49, 50, 51 e 52 do Apêndice estão
apresentadas as curvas de reidratação do adimensional de água livre em função do
tempo para todos experimentos realizados.
Tabela 8: Umidade de saturação, constante de reidratação e coeficiente de
determinação, para os experimentos de reidratação das amostras secas em camada
delgada com condicionamento do ar.
Experimento Xsat (% b.u.) KR (min-1) R²
35°C_3 mm 81,73 ± 0,22 a 0,149 ± 0,018 a 0,995 ± 0,002
35°C_7 mm 75,95 ± 0,15 b 0,297 ± 0,009 b 0,982 ± 0,005
55°C_3 mm 81,43 ± 0,11 a 0,139 ± 0,005 a 0,987 ± 0,001
55°C_7 mm 74,89 ± 0,26 c 0,369 ± 0,007 c 0,981 ± 0,003
*Valor médio ± erro padrão (em duplicata). Letras iguais em mesma coluna
(p>0,05). Letras diferentes em mesma coluna (p≤0,05).
Na Tabela 8 pode-se observar que os valores da umidade de saturação e
da constante de reidratação dos experimentos de menor espessura (3 mm,
temperaturas de 35 e 55°C) não foram diferentes significativamente (p>0,05) e
apresentaram o maior percentual de reidratação. Isto demonstra que os menores
tempos de secagem influenciaram positivamente no processo, pois a maior espessura
da amostra está diretamente associada a uma maior duração da operação de
40
secagem e conseqüentemente alterações físico-químicas mais significativas. Todos os
experimentos apresentaram um alto coeficiente de determinação (R2 > 0,94)
mostrando o bom ajuste dos dados experimentais ao modelo utilizado.
Durante a secagem de couve-flor, Jayaraman, Das Gupta e Babu Rao
(1990) observaram ruptura celular irreversível, resultando em perda da integridade e,
portanto, um denso colapso na estrutura, com capilares muito encolhidos com
reduzidas propriedades hidrofílicas, refletido na incapacidade de absorver água
suficiente para hidratar plenamente. Em suma, características de reidratação são
dependentes das propriedades físicas do produto desidratado e das condições de
secagem (KHRAISHEH; McMINN; MAGEE, 2004).
4.2. Otimização da secagem convectiva de pasta de vegetais com
condicionamento do ar
As Figuras 14 e 15 apresentam as curvas de umidade (X), em base úmida,
em função do tempo para secagem de pasta de vegetais em camada delgada com
condicionamento do ar.
0 100 200 300 400 500 600
Tempo (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Um
idad
e (%
, b.u
.)
Experimento 1Experimento 2Experimento 3Experimento 4
Figura 14: Curvas de umidade, em base úmida, em função do tempo para a secagem
de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar.
41
0 50 100 150 200 250 300 350
Tempo (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Um
ida
de (%
, b.u
.)
Experimento 5Experimento 6Experimento 7
Figura 15: Curvas de umidade, em base úmida, em função do tempo, referentes aos
pontos centrais do planejamento experimental, para a secagem da pasta de
vegetais em camada delgada com condicionamento do ar.
A partir das Figuras 14 e 15 pode-se observar que todos os
experimentos de secagem obtiveram uma umidade final abaixo dos 10% (base úmida),
garantindo, assim, a estabilidade do produto durante o armazenamento. A
sobreposição das curvas experimentais de secagem, dos pontos centrais do
planejamento, apresentadas na Figura 15 garantem a reprodutibilidade dos ensaios
realizados para a desidratação da pasta de vegetais.
Os resultados obtidos nos experimentos de secagem de pasta de vegetais
em camada delgada com condicionamento do ar para as respostas diferença de cor
(∆E), compostos fenólicos e atividade antioxidante total, estão apresentados na Tabela
9.
42
Tabela 9: Valores das respostas da matriz do planejamento experimental utilizado na
secagem convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar.
Experimento ∆E*
Compostos
fenólicos*
(mg EAG gss-1)
Atividade
antioxidante*
(%inibição)
1 10,69 ± 0,60 3,5 ± 0,1 64,5 ± 0,7
2 15,63 ± 0,26 4,5 ± 0,1 72,3 ± 2,0
3 12,91 ± 0,42 4,4 ± 0,2 65,6 ± 0,4
4 17,82 ± 0,55 8,9 ± 0,4 83,3 ± 1,0
5 14,27 ± 0,54 5,0 ± 0,1 70,1 ± 0,9
6 15,75 ± 0,11 5,6 ± 0,2 70,3 ± 1,5
7 14,42 ± 0,56 5,3 ± 0,2 71,8 ± 2,4
*Valor médio ± erro padrão (em réplica). ∆E: diferença total de cor; EAG: equivalentes de ácido gálico.
A pasta in natura apresentou teor de umidade de 87,01 ± 0,12% (b.u). Os
valores de compostos fenólicos e atividade antioxidante foram de 10,4 ± 0,2 mgEAG g-
1amostra e 92,03 ± 0,20%, respectivamente.
As Figuras 16, 17 e 18 mostram os gráficos de Pareto com os efeitos das
variáveis de estudo e suas interações para as respostas compostos fenólicos,
atividade antioxidante. Os fatores de estudo foram analisados ao nível de 95% de
significância (p≤0,05), representado pela linha vertical nos gráficos.
43
-0,02
2,71
6,05
p=0,05
X1 X2
X1
X2
Figura 16: Gráfico de Pareto para resposta diferença de cor dos produtos na secagem
convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar.
5,96
8,86
9,28
p=0,05
X1 X2
X1
X2
Figura 17: Gráfico de Pareto para resposta compostos fenólicos dos produtos na
secagem convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar.
44
5,33
6,51
13,72
p=0,05
X1 X2
X1
X2
Figura 18: Gráfico de Pareto para resposta atividade antioxidante dos produtos na
secagem convectiva de pasta de vegetais com condicionamento do ar.
A partir dos gráficos de Pareto (Figuras 16, 17 e 18) e da análise de
variância - ANOVA (Tabelas 12, 13 e 14 apresentadas no Apêndice) - pode-se
observar que a espessura da bandeja apresentou maior influência na degradação da
cor, na perda dos compostos fenólicos e na atividade antioxidante total. Isto foi
evidenciado através dos maiores valores de efeito encontrados para a variável
espessura.
Para a resposta diferença de cor (Figura 16) apenas a espessura da
bandeja (x2) foi significativo ao nível de 95% de confiança (p≤0,05). A equação do
modelo estatístico para a diferença de cor (∆E) está apresentada na Equação (19),
cujo coeficiente de determinação foi de 0,783. Esta equação foi obtida retirando o
efeito da temperatura (x1) e a interação entre os efeitos principais (x1x2) devido estes
não serem significativos na análise.
246,2+4
9,1
4=Δ xEY (19)
Para os compostos fenólicos, representados na Figura 17, a temperatura
(x1) e a espessura (x2), assim como, a interação entre os efeitos principais (x1x2) foram
significativos na análise, ao nível de 95% de confiança (p≤0,05). A equação do modelo
45
estatístico para os compostos fenólicos ( fenY ) é dada pela Equação (20), que
apresentou um coeficiente de determinação de 0,990.
2121 882
+1374
+1311x
+5292,57
= xxxYfe
n
(20)
Na Figura 18 pode ser observado que todos os efeitos principais e suas
interações apresentaram diferença significativa ao nível de 95% (p≤0,05), para a
resposta atividade antioxidante total. O modelo estatístico para a atividade
antioxidante ( aaY ) está representado na Equação (21), cujo coeficiente de
determinação foi de 0,989.
2121 48,2+3
8,6+3
,03x
+71,12
= xxxYaa
(21)
A análise de variância e o teste de Fisher dos modelos (Equações 19, 20 e
21) foram realizados a fim de verificar se os modelos são significativos e preditivos, e
estão apresentados na Tabela 10. Como regra prática, um modelo tem significância
estatística quando o valor do Fcalculado é pelo menos 3 a 5 vezes maior do que o valor
tabelado (KHURI; CORNELL, 1996).
46
Tabela 10: Análise de variância dos fatores de estudo para as respostas diferença de
cor, compostos fenólicos e atividade antioxidante total para a secagem convectiva de
pasta de vegetais com condicionamento do ar.
Fonte de Varição
Graus de liberdade
Soma quadrática
Média quadrática
Fcalculado Ftabelado
Diferença de cor
Regressão 1 24,26 24,26 18,08 6,61 Resíduo 5 6,71 1,34
Falta de ajuste 3 5,38 Erro puro 2 1,33
Total 6 30,97
Compostos fenólicos
Regressão 3 17532589 5844196 99,28 9,28 Resíduo 3 176595 58865
Falta de ajuste 1 1360 Erro puro 2 175235
Total 6 17709184
Atividade antioxidante total
Regressão 3 223,67 74,56 87,82 19,25 Resíduo 3 2,55 0,85
Falta de ajuste 1 0,82 Erro puro 2 1,73
Total 6 226,21
Pode ser observado na Tabela 10 que os modelos para as respostas
compostos fenólicos e atividade antioxidante total (Equação 20 e 21) foram
significativos e preditivos, pois os valores dos F calculados foram superiores (4 a 10
vezes) aos valores tabelados. Além disso, os altos valores dos coeficientes de
determinação (0,990 e 0,989) para as respostas compostos fenólicos e atividade
antioxidante, garantem um bom ajuste dos modelos aos dados experimentais. Já para
a resposta diferença de cor, este fato não foi evidenciado, pois o modelo não foi
preditivo (Ftabelado < 3 vezes Fcalculado). As superfícies de resposta para a secagem de
47
pasta de vegetais com condicionamento do ar geradas pelos modelos (Equações 20 e
21) estão mostradas nas Figuras 19 e 20.
35
45
55
3
5
7
Temperatura (°C)
Espessura (mm)
10000
8000
6000
4000
2000
Com
post
os fe
nólic
os
(µg
EA
G g
ss-1
)
Figura 19: Superfície de resposta para os compostos fenólicos das amostras secas de
pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar.
48
Temperatura (°C)
Espessura (mm)
Ativ
idad
e an
tioxi
dant
e to
tal
(%in
ibiç
ão D
PP
H)
3
5
7
35
55
45
60
70
75
80
85
65
Figura 20: Superfície de resposta para a atividade antioxidante total das amostras
secas de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar.
Nas Figuras 19 e 20 podemos observar que a melhor região de trabalho,
ou seja, a faixa que apresentou menores perdas de compostos fenólicos e atividade
antioxidante total em relação a pasta in natura, foi a que utilizou maior temperatura
(55°C) e maior espessura (7 mm), evidenciando que o tempo de exposição ao ar de
secagem (conforme apresentado na Figura 14), neste caso, não teve influencia na
resposta. Isto, provavelmente, ocorreu devido a espessa camada de material ter
protegido os compostos fenólicos da pasta no interior da amostra.
As baixas temperaturas utilizadas nos experimentos, devido ao
condicionamento do ar, evitaram a degradação térmica dos compostos fenólicos
relatados por outros autores (MIRANDA; LÓPEZ; PEREZ, 2009; CHAN et al., 2009;
PEDRESCHI et al., 2011). Logo, essa diminuição destes compostos durante a
desidratação pode ser atribuída a ligação dos polifenóis com outros compostos, como
proteínas, (MARTÍN-CABREJAS et al., 2009; QU et al., 2010), bem como ao longo
49
tempo de operação característico das menores temperaturas utilizadas. Essas maiores
perdas de compostos fenólicos durante o processamento, também, podem ser
provocadas pela ação das enzimas oxidativas, como a peroxidase e a polifenoloxidase
(SHAHIDI; NACZK, 1995). Isso ocorre, pois os compostos fenólicos, em um fruto
intacto, estão localizados nos vacúolos e separados das enzimas oxidativas. No
entanto, a estrutura entra em colapso durante a desidratação, e isto pode resultar na
liberação das enzimas oxidativas e hidrofílicas que poderão catalisar a oxidação de
diversos substratos como o acido ascórbico e os fenóis (TAKEOKA et al., 2001;
DEWANTO et al., 2002).
Vega-Gálvez et al. (2009) relataram que o pimentão vermelho após a
secagem apresentou redução do teor de compostos fenólicos na faixa de temperatura
de 50 a 90°C, e os valores não apresentaram diferença significativa (p > 0,05). Os
autores atribuíram os valores dos compostos fenólicos totais nas elevadas
temperaturas (90°C) ao fato da disponibilidade dos precursores de moléculas fenólicas
para a interconversão não-enzimática entre as mesmas.
Vashisth, Singh e Pegg (2011) também observaram que o conteúdo de
compostos fenólicos foram diminuídos durante a secagem de muscadínea com ar
quente no intervalo de temperatura de 60 a 90°C. Na maioria dos casos, a maior
retenção dos compostos fenólicos ocorreu nos experimentos de secagem que
utilizaram discos de bagaço de muscadínea de 4 mm quando comparado aos discos
de espessura de 2 mm. Este fato foi justificado pela maior transferência de calor
durante a secagem nas amostras com espessura de 2 mm, que resultou em uma
probabilidade crescente da destruição e oxidação dos constituintes fenólicos ao longo
do tempo.
Vega-Gálvez et al. (2012), na secagem de maçã com temperaturas de 40,
60 e 80°C e velocidade do ar de 0,5, 1,0 e 1,5 m s-1, também observaram que o longo
tempo de operação não produziu, necessariamente, a maior degradação dos
compostos fenólicos. Isto foi obsevardo quando se utilizou maiores temperaturas com
velocidades do ar de 0,5 e 1,0 m s-1.
Contudo, os dados sobre os efeitos do processamento de alimentos nos
compostos fenólicos totais citados na literatura apresentam divergências como, por
exemplo, no estudo do processamento de tomates realizados por Dewanto et al.
(2002) e Gahler, Otto e Bohn (2003) a 88°C por 2, 15 e 30 min, e a 180, 200 e 220°C
50
por 15, 30 e 45 min, respectivamente, mostraram que os compostos fenólicos
aumentaram com a utilização de temperaturas elevadas. Isto pode ser explicado, pois
o processamento térmico a 88°C tem sido utilizado para desativar as enzimas
oxidativas para evitar perdas de compostos fenólicos (FENNEMA, 1996), porém, em
operações com longo tempo de secagem outras características físico-químicas do
produto seriam degradadas.
A atividade antioxidante total das amostras de pasta de vegetais
desidratadas apresentou comportamento similar ao encontrado para os compostos
fenólicos. Isto mostra que a degradação dos compostos fenólicos resultou na
diminuição da atividade antioxidante das amostras desidratadas. Velioglu et al. (1998)
estudaram a relação entre os compostos fenólicos e a atividade antioxidante de 28
vegetais, e relataram uma relação estatisticamente significativa entre estes
compostos. No entanto, para produtos ricos em antocianinas (exemplo: cebola roxa e
mirtilo vermelho) e plantas medicinais esta relação não foi significativa. Segundo
Vega-Gálvez et al. (2012), o conteúdo de compostos fenólicos pode ser relacionado
com a quantidade da capacidade antioxidante (DDPH-atividade seqüestradora de
radical), desde que ambos atuem como limpadores de radicais livres produzidos
durante as reações de oxidação (DI SCALA et al., 2011).
A redução da atividade antioxidante durante a operação de secagem,
também foi evidenciada por Garau et al. (2007) na desidratação convectiva tradicional
de laranja com temperaturas do ar variando entre 30 e 90°C. Neste estudo, os autores
relatam que a melhor condição de secagem foi 60°C, pois maiores temperaturas (ou
seja, 80 e 90°C) ou temperaturas que implicam tempos muito longos de operação (isto
é, 30 e 40°C) promoveram uma maior perda da atividade antioxidante. No entanto,
Vega-Gálvez et al. (2009), observaram na secagem de pimentão vermelho que
temperaturas elevadas (80 e 90°C) apresentaram maiores valores de atividade
antioxidante em relação as baixas temperaturas estudadas (50, 60 e 70°C).
Alguns autores relatam que o processamento de alimentos pode melhorar
as propriedades antioxidantes de ocorrência natural ou induzir a formação de novos
compostos com capacidade antioxidante, de modo que a atividade global aumente ou
mantenha-se inalterada (Chan et al., 2009). Isto ocorre, pois em alguns casos o
aquecimento pode induzir a formação de compostos como a melanoidina na reação de
Maillard e estes podem ter efeitos antioxidantes (ANESE et al., 1999). Outra possível
51
razão é a que durante a oxidação de polifenóis, os produtos formados nas fases
intermediárias mostraram ter maior atividade antioxidante do que os polifenóis
endógenos, no entanto, estes compostos intermediários são apenas temporários
(MANZOCCO et al., 2000). Este comportamento foi evidenciado por Piga, Del Caro e
Corda (2003) e Chang et al. (2006) que relataram uma maior atividade antioxidante
para as amostras de ameixa e tomate desidratadas ao ar quente, respectivamente, em
relação aos frutos frescos.
Larrosa et al. (2012) estudando a secagem de pasta de vegetais em leito
de jorro observou, na melhor condição de operação, uma redução dos compostos
fenólicos e da atividade antioxidante total, aproximadamente, 17,1 e 13,0%,
respectivamente, em relação a amostra in natura. As perdas dos compostos fenólicos
e da atividade antioxidante total, resultantes da melhor região de trabalho do presente
estudo foram de 15,4 e 9,5%. Logo, estes valores demonstram uma maior retenção
destes compostos quando comparados com a secagem em leito de jorro, que é
apontada como um dos equipamentos mais apropriados para secagem de pastas e
suspensões em pequena escala (SHUHAMA et al., 2003). Isto mostra que a secagem
em camada delgada com condicionamento do ar é uma técnica promissora para a
desidratação de alimentos ricos em fitoquímicos.
5. CONCLUSÃO
O secador de bandeja com condicionamento do ar foi desenvolvido e
operacionalizado de forma satisfatória, uma vez que as condições de umidade
absoluta foram mantidas constantes durante a operação em valores de 0,0015 ±
0,0005 kg kg-1 (base seca). Isto permitiu o uso de temperaturas do ar inferiores a
50°C, sendo possível diminuir o tempo de secagem e preservar as características
físicas, químicas e nutricionais.
A secagem da pasta de vegetais em camada delgada, utilizando
condicionamento do ar ocorreu no periodo de taxa constante e na primeira fase do
período de taxa decrescente. O tempo de duração da taxa constante foi de 30 a 40 %
do tempo total de secagem, sendo que o menor valor foi verificado para as maiores
temperaturas do ar de secagem. O modelo exponencial de Henderson e Pabis
apresentou um bom ajuste aos dados experimentais, evidenciado pelos altos valores
52
do coeficiente de determinação (R2 > 0,99). Os valores da constante de secagem
foram diferentes significativamente (p≤0,05), e influenciados não só pela variação da
temperatura como também pela espessura da bandeja. A difusividade efetiva de
umidade apresentou valores na faixa de 0,46 a 1,75x10-10 m2 s-1.
Os experimentos de 3 mm de espessura nas temperaturas de 35 e 55°C
foram os que apresentaram o maior percentual de umidade de saturação (81,5%), o
que corresponde a um percentual de reidratação de 93,7% em relação a amostra
úmida. Os ângulos Hue apresentaram valores menores que os da pasta in natura.
A pasta in natura apresentou valores de compostos fenólicos e atividade
antioxidante de 10,4 mgEAG g-1amostra e 92,0%, respectivamente. A espessura da
bandeja apresentou maior influência na degradação da cor, na perda dos compostos
fenólicos e na atividade antioxidante total. Isto foi evidenciado através dos maiores
valores de efeito evidenciados nos gráficos de Pareto. Os modelos para as respostas
compostos fenólicos e atividade antioxidante total foram significativos e preditivos. A
melhor região de trabalho, ou seja, a condição de secagem com condicionamento do
ar que apresentou menores perdas de compostos fenólicos e atividade antioxidante
total em relação à pasta in natura foi a que utilizou maior temperatura (55°C) e maior
espessura (7 mm). Neste caso, as perdas dos compostos fenólicos e da atividade
antioxidante total, foram de 15,4 e 9,5%, respectivamente.
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
- Realizar a modelagem físico-matemática da pasta de vegetais com os
resultados obtidos experimentalmente na secagem em camada delgada com
condicionamento do ar, considerando o encolhimento do material durante a operação;
- Desenvolver o modelo térmico simplificado para definir o perfil da
temperatura da amostra durante a secagem;
- Determinar as isotermas de equilíbrio para pasta de vegetais na faixa de
temperaturas de 30 a 80°C;
53
- Estudar o efeito de maiores velocidades do ar de secagem durante a
operação de desidratação de pasta de vegetais em secador com condicionamento do
ar;
- Estudar o efeito de outras técnicas de secagem, como por exemplo,
spray dryer, leito fluidizado e leito fixo com escoamento reverso;
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ACHARIYAVIRIYA, S.; SOPONRONNARIT S.; TERDYOTHIN, A. Mathematical model
development and simulation of heat pump fruit dryer. Drying Technology, v.
18, p. 479–91, 2000.
AKPINAR, E.; MIDILLI, V.; BICER, Y. Thin layer drying of red pepper. Journal of Food
Engineeering, v. 59, p. 99-104, 2003.
ALLENDE, A.; TOMÁS-BARBERÁN, F. A.; GIL, I. Minimal processing for healthy
traditional foods. Trends in Food Science and Technology, v. 17, p. 513–519,
2006.
ALVES-FILHO O.; STROMMEN, I.; THORBERGSEN, E. Simulation model for heat
pump dryer plants for fruits and roots. Drying Technology, v. 15, p. 1369–98,
1997.
ALVES-FILHO, O., STROMMEN, I., Application of heat pump in drying of biomaterial.
Drying Technology, v. 14, p. 2061–2090, 1996.
ALVES-FILHO, O.; EIKEVIK, T. M.; GONCHAROVA-ALVES, S. V. Single- and
multistage heat pump drying of protein. Drying Technology, v. 26, p. 470–475,
2008.
ALVES-FILHO, O.; EIKEVIK, T. M.; MULET, A. Kinetics and mass transfer during
atmospheric freeze drying of red pepper. Drying Technology, v. 25, p. 1156–
1161, 2007.
AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING
ENGINEERS (ASHRAE). Handbook Fundamentals - Atlanta, GA 30329,
1993.
54
ANESE, M.; MANZOCCO, L.; NICOLI, M. C.; LERICI, C. R. Antioxidant properties of
tomato juice as affected by heating. Journal of the Science of Food and
Agriculture, v. 79, p. 750-754, 1999.
ARABBI, P. R. Alimentos funcionais: aspectos gerais. Nutrire: Revista da Sociedade
Brasileira de Alimentação e Nutrição, v.21, p.87-102, 2001.
ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS (AOAC) Official Methods of
Analysis. 14 ed, v. 1, 1995.
BARBOSA-CÁNOVAS, G. V.; VEJA-MERCADO, H. Drying of foods. New York:
Chapmam & Hall, p. 330, 1996.
BARROZO, M. A. S.; SARTORI, D. J M.; FREIRE, J. T. Transferência de calor e
massa em leito deslizante e escoamentos cruzados. Secagem de sementes de
soja. In: Tópicos especiais em sistemas particulados. São Carlos: Editora
UFSCar, 1998.
BENAVENTE-GARCÍA, O.; CASTILHO, J.; LORENTE, J.; ORTUÑO, A.; DEL RIO, J.
A. Antioxidant activity of phenolics extracted from Olea europae L. leaves. Food
Chemistry, v. 68, p. 457-462, 1999.
BOONNATTAKORN, R.; PHOUNGCHANDANG, S.; LEENANON, B.; KHAJARERN,
S.; KHAJARERN, J. The comparative study of garlic powder processing by
heated air and dehumidifier heat pump dryer. Food Journal, v. 34, p. 248–260,
2004.
BRAND-WILLIAMS, W.; CUVELIER, M. E.; BERSET, C. Use of free radical method to
evaluate antioxidant activity. LWT – Food Science and Technology, v. 8, p.
25-30, 1995.
BRASIL. Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA). Resolução CNNPA 12 -
Norma Técnica Especial relativa a alimentos e bebidas, 24 de julho de
1978. Disponível em: <http://www.anvisa.gov.br/legis/resol/12_78.pdf>, Acesso
em: 18 de junho de 2012.
BRENNA, O. V.; PAGLIARINI, E. Multivariate analyses of antioxidant power and
polyphenolic composition in red wines. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, v. 49, p. 4841-4844, 2001.
55
BRUIN, S.; LUBYEN, K. C. A. M. Drying of food materials: a review of recent
developments. In: MUJUMDAR, A. Advances in Drying. Washington:
Hemisphere Publishing Corporation, v. 3, 1980.
CERHAN, J. R., SAAG, K. G., MERLINO, L. A., MIKULS, T.R., CRISWELL, L.A.
Antioxidant micronutrients and risk of rheumatoid arthritis in a cohort of older
women. American Journal of Epidemiology, v. 157, p. 345–354, 2003.
CHAN, E. W. C.; LIM, Y. Y.; WONG, S. K.; LIM, K. K.; TAN, S. P.; LIANTO, F. S.;
YONG, M. Y. Effects of different drying methods on the antioxidant properties of
leaves and tea of ginger species. Food Chemistry, v. 113, p. 166-172, 2009.
CHANG, C. H.; LIN, H. Y.; CHANG, C. Y.; LIU, Y. C. Comparisons on the antioxidant
properties of fresh, freeze-dried and hot-air-dried tomatoes. Journal of Food
Engineering, v. 77, p. 478-485, 2006.
CHIRIFE, J. Fundamentals of the drying mechanism during air dehydration of foods. In:
MUJUMDAR, A. Advances in drying. Washington/ New York/ London:
Hemisphere Publishing Corporation, v.3, p. 73-102, 1983.
CHOTTANOM, P.; PHOUNGCHANDANG, S. The development of osmotically
dehydrated mangoes using conventional drying and dehumidified drying.
Chemical Engineering Transactions, v. 6, p. 897–902, 2005.
CHUA, K. J.; MUJUMDAR, A. S.; HAWLADER, M. N. A.; CHOU, S. K.; HO, J. C.;
Convective drying of agricultural products: effect of continuous and stepwise
change in drying air temperature. Drying Technology, v. 9, p. 1949–1960,
2001.
CHUY, L. E.; LABUZA, T. P. Caking and stickiness of dairy-based food powders as
related to glass transition. Journal of Food Science, v. 69, p. 43-46, 1994.
CRANK, J. The Mathematics of diffusion. Great Britain, 2 ed. Oxford: Claredon
Press, , p. 414, 1975.
DADALI, G.; DEMIRHAN, L.; ÖZBEK, B. Effect of drying conditions on rehydration
kinetics of microwave dried spinach. Food and Bioproducts Processing, v.
86, p. 235-241, 2008.
56
DEL CARO, A.; PIGA, A.; VACCA, V.; AGABBIO, M. Changes of flavonoids, vitamin C
and antioxidant capacity in minimally processed citrus segments and juices
during storage. Food Chemistry, v. 84, p. 99–105, 2004.
DEWANTO, V.; WU, X. Z.; ADOM, K. K.; LIU, R. H. Thermal processing enhances the
nutritional value of tomatoes by increasing total antioxidant activity. Journal of
Agricultural and Food Chemistry, v. 50, p. 3010–3014, 2002.
DI SCALA, K., VEGA-GALVEZ, A., URIBE, E., OYANADEL, R., MIRANDA, M.,
VERGARA, J. Quality characteristics changes of Pepino fruit (Solanum
muricatum Ait) during convective drying. International Journal of Foods
Science and Technology, v. 46, p. 746–753, 2011.
DU, W., OLSEN, C. W., AVENA BUSTILLOS, R. D., FRIEDMAN, M., MCHUGH, T. H.
Physical and antibacterial properties of edible films formulated with apple skin
polyphenols. Journal of Food Science, v. 76, p. 149-155, 2011.
ELFALLEH, W.; TLILI, N.; NASRI, N.; YAHIA, Y.; HANNACHI, H.; CHAIRA, N.; YING,
M.; FERCHICHI, A. Antioxidant Capacities of Phenolic Compounds and
Tocopherols from Tunisian Pomegranate (Punica granatum) Fruits. Journal of
Food Science, v. 76, p. C707–C713, 2011.
ESPOSITO, E., ROTILIO, D., DI MATTEO, V., DI GIULIO, C., CACCHIO, M., ALGERI,
S. A review of specific dietary antioxidants and the effects on biochemical
mechanisms related to neurodegenerative processes. Neurobiology of aging,
v. 23, p. 719-735, 2002.
FENNEMA, O. R. Food Chemistry. 3 ed, New York: Ed. Dekker, p. 531-616, 1996.
FIGUEIREDO, I. C. R.; JAIME, P. C.; MONTEIRO, C. A. Fatores associados ao
consumo de frutas, legumes e verduras em adultos da cidade de São Paulo.
Revista Saúde Pública, v. 42, p. 777-785, 2008.
FORD, E. S.; MOKDAD, A. H. Fruit and vegetable consumption and Diabetes
Mellitusincidence among U.S. adults. Preventive Medicine, v. 32, p. 33-39,
2001.
57
FORTES, M.; OKOS, M. R. Drying theories: their bases and limitations as applied to
food and grain. In: MUJUMDAR, A. Advances in Drying. Washington:
Hemisphere Publishing Corporation, v. 1, 119-154, 1980.
GAHLER, S.; OTTO, BOHM, V. Alterations of vitamin C, total phenolics, and
antioxidant capacity as affected by processing tomatoes to different products.
Journal of Agricultural and Food Chemistry. v. 51, p. 7962-7968, 2003.
GARAU, M. C.; SIMAL, S.; ROSSELLO, C.; FEMENIA, A. Effect of air-drying
temperature on chemical properties of dietary fibre and antioxidant capacity of
orange (Citrus aurantium v Canoneta) by-products. Food Chemistry, v. 104, p.
1014–1024, 2007.
GARCÍA-SEGOVIA, P.; ANDRÉS-BELLO, A.; MARTÍNEZ-MONZÓ, J. Rehydration of
air-dried Shiitake mushroom (Lentinus edodes) caps: Comparison of
conventional and vacuum water immersion processes. LWT - Food Science
and Technology, v. 44, p. 480-488, 2011.
GEANKOPLIS, C. J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3 ed. México:
Compañía editorial continental, S. A. de C. V., 1998.
GONELI, A. L. D.; CORRÊA, P. C.; AFONSO JÚNIOR, P. C.; OLIVEIRA, G. H. H.
Cinética de secagem dos grãos de café descascados em camada delgada.
Revista Brasileira de Armazenamento, p. 64-73, 2009.
GONZÁLEZ-AGUILAR, G. A.; GARDEA, A. A.; CUMAEA-NAVARRO, F. Nuevas
Tecnologias de Conservación de Productos Vegetales Frescos Cortados.
Guadalajara: Editora Logiprint Digital, 2005.
GUINÉ, R. P. F.; BARROCA, M. J.; Effect of drying treatments on texture and color of
vegetables (pumpkin and green pepper), Food and Bioproducts Processing,
v. 90, p. 58–63, 2012.
HAWLADER, M. N. A.; PERENA, C.; TIAN, M. Comparison of the retention of 6-
gingerol in drying of ginger under modified atmosphere heat pump drying and
other drying methods. Drying Technology, v. 24, p. 51–56, 2006.
58
HERTOG, M. G. L.; FESKENS, E. I. M.; HOLLMAN, P. C. H.; KATAN, M. B.;
KROMHOUT, D. Dietary antioxidant flavonoids and risk of coronary heart
disease: the Zutphen Elderly Study. Lancet, v. 342, p. 1007-1011, 1993.
HII, C. L.; LAW, C. L.; CLOKE, M. Modeling using a new thin layer drying model and
product quality of cocoa. Journal of Food Engineering, v. 90, p. 191–198,
2009.
HII, C. L.; LAW, C. L.; SUZANNAH, S. Drying kinetics of the individual layer of cocoa
beans during heat pump drying. Journal of Food Engineering. v. 108, p. 276-
282, 2012.
HOGAN, M. R.; AYERS, D. L.; MULLER, Jr R. E.; FOSTER, G. H.; RALL, E. C.;
DOERING, O. C. Heat pump for low-temperature grain drying, Trans ASAE, v.
26, p. 1234–1238, 1983.
HOGAN, M. R.; OKOS, M. R.; WILLIAMS, E. E.; AYRES, D. L.; PEART, R. M. Low
temperature heat pump grain drying design, performance, and operational
experience. ASAE-Paper No. 76- 3519, ASAE, St. Joseph, MI49085, 1976.
HOGGETT, D. L. Efficient drying using heat pump. The Chemical Engineer, 311, p.
510-512, 1976.
JAYARAMAN, K. S.; DAS GUPTA, D. K.; BABU RAO, N. Effect of pretreatment with
salt and sucrose on the quality and stability of dehydrated cauliflower.
International Journal of Food Science and Technology, v. 25, p. 47–60,
1990.
KALEEMULLAH, S.; KAILAPPAN, R. Modelling of thin-layer drying kinetics of red
chillies. Journal of Food Engineering, v. 76, p. 531–537, 2006.
KAREL, M.; BUERA, M. P.; ROOS, Y. Effects of glass transitions on processing and
storage. In: BLANSHARD, J.M.V.; LILLFORD, P.J. (Eds.), The glassy state in
foods.
KHAZAEI, J.; CHEGINI, G. R.; BAKHSHIANI, M. A novel alternative method for
modeling the effects of air temperature and slice thickness on quality and drying
kinetics of tomato slices: superposition technique. Drying Technology, v. 26, p.
759-775, 2008.
59
KHRAISHEH, M. A. M.; Mc MINN, W. A. M.; MAGEE, T. R. A. Quality and structural
changes in starchy foods during microwave and convective drying. Food
Research International, v. 37, p. 497–503, 2004.
KHURI, A. I.; CORNELL, J. A. Response Surfaces: designs and analyses. 2edn.
New York: Marcel Dekker, 1996.
KIM, Y.; GIRAUD, D. W.; DRISKELL, J. A. Tocopherol and carotenoid contents of
selected Korean fruits and vegetables. Journal of Food Composition and
Analysis, v. 20, p. 458-465, 2007.
KOBLITZ, M. G. B. Matérias-primas alimentícias: composição e controle de
qualidade. Rio de Janeiro: Guanagara Koogan, 2011.
KOK, T. M. C. M., WAARD, P., WILMS, L. C., VAN BREDA, S. G. J. Antioxidative and
antigenotoxic properties of vegetables and dietary phytochemicals: the value of
genomics biomarkers in molecular epidemiology. Molecular Nutrition and
Food Research, v. 54, p. 208–217, 2010.
KRIS-ETHERTON, P. M.; HECKAR, K. D.; BONANOME, A.; COVAL, S. M.;
BINKOSKI, A. E.; HILPERT, K. F.; GRIEL, A. E.; ETHERTON, T. D. Bioactive
compounds in foods: their role in the prevention of cardiovascular disease and
cancer. The American journal of medicine, v. 113, p. 71S-88S, 2002.
KRUGER, C. L.; MANN, S. W. Safety evaluation of funcional ingredients. Food and
Chemical Toxicology, v. 41, p. 793-805, 2003.
KWAK, N.; JUKES, D. J. Functional foods. Part 1: the development of a regulatory
concept. Food Control, v. 12, p. 99-107, 2001.
LARROSA, A. P. Q. Secagem de pasta de vegetais: análise da operação em leito
de jorro e caracterização do produto final. Dissertação (Mestrado em
Engenharia e Ciência de Alimentos) – Escola de Química e Alimentos,
Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2012.
LEE, S. J.; UMANO, K.; SHIBAMOTO, T.; LEE, K. G. (2005). Identification of volatile
components in basil (Ocimum basilicum L.) and thyme leaves (Thymus vulgaris
L.) and their antioxidant properties. Food Chemistry, v. 91, p. 131-137, 2005.
60
MAESTRI. D. M.; NEPOTE. V.; LAMARQUE. A. L.; ZYGADLO J. A. Natural products
as antioxidants. Research Signpost, v. 1, p. 105-135, 2006.
MANDALA, I. G.; ANAGNOSTARAS, E. F.; OIKONOMOU, C. K. Influence of osmotic
dehydration conditions on apple air-drying kinetics and their quality
characteristics. Journal Food Engineering, v. 69, p. 307–316, 2005.
MANZOCCO, L., CALLIGARIS, S., MASTROCOLA, D., NICOLI, M. C., & LERICI, C.
R. Review of non-enzymatic browning and antioxidant capacity in processed
foods. Trends in Food Science and Technology, v. 11, p. 340-346, 2000.
MARTÍN-CABREJAS, M. A.; AGUILERA, Y.; PEDROSA, M.; CUADRADO, C.;
HERNÁNDEZ, T.; DÍAZ, S.; ESTEBAN, R. The impact of dehydration process
on antinutrients and protein digestibility of some legume flours. Food
Chemistry, v. 114, p. 1063–1068, 2009.
MARTINS, P. C.; PORTO, P. S. S.; PINTO, L. A. A. Estudo das propriedades físicas e
de transporte na secagem de cebola (Allium cepa L.) em camada delgada.
Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 24, p. 319-326, 2004.
MAZZA, G.; LEMAGUER, M. Dehydration of onion: some theoretical and practical
considerations. Journal of Food Technology, v. 15, p. 181-194, 1980.
MILIAUSKAS, G.; VENSKUTONIS, P. R.; VAN BEEK, T. A. Screening of radical
scavenging activity of some medicinal and aromatic plant extracts. Food
Chemistry, v. 85, p. 231-237, 2004.
MIRANDA, M.; LÓPEZ, J.; PEREZ-WON. M. Effect of air-drying temperature on
physico-chemical properties, antioxidant capacity, colour and total phenolic
content of red pepper (Capsicum annuum, L. var. Hungarian). Food
Chemistry, v. 117, p. 647–653, 2009.
MOREIRA, R.; CHENLO, F.; CHAGURI, L.; FERNANDES, C. Water absorption,
texture, and color kinetics of air-dried chestnuts during rehydration. Journal of
Food Engineering, v. 86, p. 584–594, 2008.
MUJUMDAR, A. S. Handbook of industrial drying. 2 ed. New York: Marcel Dekker,
1995.
61
MYERS, R. H.; MONTGOMERY, D. C. Response surface methodology:
Processand product optimization using designed experiments. 2 end.
NewYork: JohnWiley & Sons, 2002.
NACZK, M.; SHAHIDI, F. Extraction and analysis of phenolics in food. Journal of
Chromatography A, v. 1054, p. 95-111, 2004.
OGURA, H.; YAMAMOTO, T.; OTSUBO, Y. A. Control strategy for a chemical heat
pump dryer. Journal of Technology, v. 23, p. 1189–1203, 2005.
OLIVEIRA, M. S.; DORS, G. C.; SOUZA-SOARES, L. A.; BADIALE-FURLONG, E.
Antifungal and antioxidant activity of vegetables extracts. Food and Nutrition,
v. 18, p.267-275, 2007.
PAL, U. S.; KHAN, M. K. Calculation steps for design of different components of heat
pump dryer under constant drying rate condition. Drying Technology, v. 26, p.
864–872, 2008.
PANCHARIYA, P. C.; POPOVIC, D.; SHARMA, A. L. Thin-layer modeling of black tea
drying process. Journal of Food Technology, v. 52, p. 349–357, 2002.
PEDRESCHI, R.; BETALLALUZ-PALLARDEL, I.; CHIRINOS, R.; CUROTTO, C.;
CAMPO, D. Impacte f cooking and drying on the phenolic, carotenoid contents
Ang in vitro antioxidant capacity of Andean Arracacha (Arracacia xanthorrhiza
Bancr.) root. Food Science and Technology International, v. 17, p. 319-330,
2011.
PELEG, H.; BODINE, K. K.; NOBLE, A. C. The influence of acid on adstringency of
alum and phenolic compounds. Chemical Senses, v. 23, p. 371-378, 1998.
PERERA, C. O.; RAHMAN, M. S. Heat pump dehumidifier drying of food. Trends in
Food Science and Technology, v.8, p. 75–9, 1997.
PERRY, R. H.; CHILTON, G.H. Manual de Engenharia Química. 5 ed. Rio de
Janeiro: Editora Guanabara Dois, 1980.
PHOUNGCHANDANG, S. 2009. Simulation model for heat pump dehumidified air
drying for some herbs. World Journal of Agricultural Sciences, v. 5, p. 138–
142, 2009.
62
PHOUNGCHANDANG, S.; NONGSANG, S.; SANCHAI, P. The development of ginger
drying using tray drying, heat pump dehumidified drying and mixed mode solar
drying. Drying Technology, v. 27, p. 1123–1131, 2009.
PHOUNGCHANDANG, S.; SAENTAWEESUK, S. Effect of two stage, tray and heat
pump assisted-dehumidified drying on drying characteristics and qualities of
dried ginger. Food and Bioproducts Processing, v. 89, p. 429–437, 2011.
PHOUNGCHANDANG, S.; SANCHAI, P.; CHANCHOTIKUL, K. The development of
dehumidifying dryer for a Thai hurb drying (Kapro leaves). Food Journal, v. 33,
p. 146–155, 2003.
PHOUNGCHANDANG, S.; SRINUKROH, W.; LEENANON, B. Kaffir lime leaf (Citrus
hystric DC.) drying using tray and heat pump dehumidified drying. Drying
Technology, v. 26, p. 1602–1609, 2008.
PIGA, A.; DEL CARO, A.; CORDA, G. From plums to prunes: influence of drying
parameters on polyphenols and antioxidant activity. Journal of Agricultural
and Food Chemistry, v. 51, p. 3675-3681, 2003.
PORTER, H. F.; SCHURR, G. A.; WELLS, D. F; SEMRAU, T. K. (1986) Solids drying
and gas-solid. In: PERRY, R.H.; CHILTON, G.H. Chemical Engineers
Handbook. 6 ed., New York: McGraw-Hill Co., Sec. 20-4, 1986.
PRASERTSAN, S.; SAENSABAI, P. Heat pump drying of agricultural materials. Drying
Technology, v. 16, p. 235–250, 1998.
QU, W.; PAN, Z.; MA, H. Extraction modeling and activities of antioxidants from
pomegranate Marc. Journal of Food Engineering, v. 99, p. 16–23, 2010.
RAHMAN, S. M. A.; ISLAM, M. R.; MUJUMDAR, A. S. A study of couple heat and
mass transfer in composite food products during convective drying. Drying
Technology, v. 25, p. 1359–1368, 2007.
RATTI, C. Hot air and freeze-drying of high-value foods: a review. Journal of Food
Engineering, v. 49, p. 311-319, 2001
SACILIK, K.; UNAL, G. Dehydration characteristics of kastamonu garlic slices.
Biosystems Engineering, v. 92, p. 207-215, 2005.
63
SAENSABAI, P.; PRASERTSAN, S. Condenser coil optimization and component
matching of heat pump dryer. Drying Technology, v. 25, p. 1571–1580, 2007.
SHAHIDI, F.; NACZK, M. Food phenolics. Lancaster: Technomic Publishing
Company, Inc, 1995.
SHUHAMA, I. K.; AGUIAR, M. L.; OLIVEIRA, W. P.; FREITAS, L. A. P. Experimental
production of annatto powders in spouted bed dryer. Journal of Food
Engineering, v. 59, p. 93-97, 2003.
SILVA, M. L. C.; COSTA, R. S.; SANTANA, A. S.; KOBLITZ, M. G. B. Compostos
fenólicos e atividade antioxidante em produtos vegetais. Semina: Ciências
Agrárias, v. 31, p. 669-682, 2010.
STREIT, M. N.; CANTERLE, L. P.; CANTO, M. W.; HECKTHEUER, L. H. H. As
clorofilas. Ciência Rural, v.35, p.748-755, 2005.
STROMMEN I.; BREDESEN A. M.; EIKEVIK T.; NESKA P.; PETTERSEN J.;
AARLIEN R. Refrigeration, air conditioning and heat pump systems for the 21st
century, IIF-IIR Bull, v. 2, p. 2–18, 2000.
STRUMILO, C. Z.; KUDRA, T. Drying: Principles, Aplications and Design. In:
HUGHES, R. Topics in Chemical Engineering. UK: Gordon and Breach
Science Publisher, v. 3, 1986.
TAKEOKA, G. R.; DAO, L.; FLESSA, S. GILLESPIE, D. M.; JEWELL, W. T.
HUEBNER, B. Processing effects on lycopene content and antioxidant activity
of tomatoes. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 49, p. 3713-
3717, 2001.
TEMPLE, S. J.; VAN BOXTEL, A. J. B. Thin layer drying of black tea. Journal of
Agricultural Engineering, v. 76, p. 167-176, 1999.
TOBINAGA, S.; PINTO, L. A. A. Secagem de Materiais Fibrosos: Músculos de Peixe.
In: FREIRE, J. T.; SARTORI, D. M. J. Tópicos especiais em secagem. São
Carlos: Editora UFSCar, v. 1, 1992.
64
TORGENSEN, H.; TOLEDO, R. T. Physical properties of protein preparations related
to their functional characteristics in comminuted meat systems. Journal of
Food Science, v. 42, p.1615-1620, 1977.
VASHISTH, T.; SINGH, R. K.; PEGG, R. B. Effects of drying on the phenolics content
and antioxidant activity of muscadine pomace. LWT - Food Science and
Technology, v. 44, p. 1649-1657, 2011.
VEGA-GÁLVEZ, A.; AH-HEN, K.; CHACANA, M.; VERGARA, J.; MARTINEZ-MONZO,
J.; GARCIA-SEGOVIA, P.; LEMUS MONDACA, R.; DI SCALA, K. Effect of
temperature and air velocity on drying kinetics, antioxidant capacity,total
phenolic content, colour, texture and microstructure of apple (var. Granny
Smith) slices. Food Chemistry, v. 132, p. 51–59, 2012.
VEGA-GÁLVEZ, A.; DI SCALA, K.; RODRÍGUES, K.; LEMUS-MONDACA, R.;
MIRANDA, M.; LÓPEZ, J.; PEREZ-WON, M. Effect of air-drying temperature on
physico-chemical properties, antioxidant capacity, colour and total phenolic
content of red pepper (Capsicum annuum L. Var Hungarian). Food Chemistry,
v. 117, p. 647-653, 2009.
VELIOGLU, Y. S.; MAZZA, G.; GAO, L.; OOMAH, B. D. Antioxidant activity and total
phenolics in selected fruits, vegetables, and grain products. Journal of
Agricultural and Food Chemistry, v. 46, p. 4113-4117, 1998.
WESKA, R, F; BRIZIO, A, P; PINTO, L, A, A. Avaliação Das Características Do
Produto Obtido Na Secagem De Maçã Fuji (Mallus Percicae) Em Camada
Delgada. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Química, 2006, Anais do XVI
Cobeq.
65
APÊNDICE
Tabela 11: Material para a construção do secador de bandeja com condicionamento
do ar e a quantidade utilizada.
Material Quantidade
chapas mdf 2,75 x 1,85 m, 15 mm 2
tubo preto 3/4"x6 m 2
prancheta de alumínio 1/8x2", 1,8 m 1
cantoneira aço 1/8x1.1/4", 1 m 2
Rodízios 7
parafusos 3,8 x 50 mm auto atarraxante 60
placa de aluminio by pass 198x320mm 1
eixo aço 1/2", 250 mm 1
night and day PVC, 1,7 m x1,4 m 1
cola PVC tubo 1
parafusos 3,8 x 13 mm auto atarraxante 86
compressor 12000 btu 1
visor de liquido 1/4" 1
filtro secador RAC L-10/1/4" R 1
val, de exp. Danfoss TES 2 or 1 1
evaporador tubo 1/2", 4,5 m 1
depósito 1L 1
solenóide 1/4" danfoss 1
consensador Elgin 1
porcas de 1/4" 4
valv. serviço 1/4" 1
valv. serviço 1/2" 1
66
Material Quantidade
contactor siemens 3TA21 11-AO 1
contactor LG 2
tanque isolado p/solução 8L 1
bomba solução 127v 1
trocador solução 1/2", 2,2 m 1
mangueira de 1/2", 2 m 1
cooler bomba 12v 1
solenóides 1/2" sol. 2
resistências conicas 600W 2
resistência auxiliar 1500W 1
micro ventilador elgin MM 11B 1
inversor de frequência Weg 1/2 Cv 1
termômetros full gauge 2
termostato full gauge 516 R 1
termostato full gauge 511 R 1
67
Figura 21: Diagrama elétrico do circuito de força do secador de bandeja com
condicionamento do ar.
68
Figura 22: Diagrama elétrico do circuito de comando do secador de bandeja com
condicionamento do ar.
69
Figura 23: Desvio de temperatura para o termômetro TI-07-RI.
70
Figura 24: Desvio de temperatura para o termômetro TI33RI.
71
Figura 25: Desvio de temperatura para o termômetro MT-516R.
72
Figura 26: Desvio de temperatura para o termômetro TI-511R.
73
Figura 27: Dutos de secagem com registro fechado.
Figura 28: Dutos de secagem com o registro aberto.
74
Figura 29: Manômetro inclinado para leitura da variação de pressão (∆p).
Figura 30: Dispositivo de varredura dos pontos de leitura da variação de pressão (∆p).
75
Figura 31: Homogenizador de fluxo do ar no duto de secagem.
Figura 32: Resistências de apoio no interior da câmara de condicionamento de ar.
76
Figura 33: Manômetros de verificação das pressões de trabalho do sistema de
refrigeração.
Figura 34: Evaporador para o resfriamento da solução de água e monoetilenoglicol.
77
Figura 35: Desumidificador da câmara de condicionamento do ar.
Figura 36: Vista lateral do sistema de refrigeração utilizado no condicionamento do ar.
78
Figura 37: Vista frontal do sistema de refrigeração utilizado no condicionamento do ar.
Figura 38: Vista superior do tanque de solução fria do sistema de desumidificação.
79
Figura 39: Manga de acoplamento da câmara de condicionamento do ar com o duto de
secagem.
Figura 40: Painel de controle do secador de bandeja com condicionamento do ar.
80
Figura 41: Secador de bandeja com condicionamento do ar.
Figura 42: Câmara de secagem e balança acoplada ao sistema.
81
Figura 43: Suporte da bandeja que fica engastado na balança.
Figura 44: Bandeja com a pasta de vegetais no interior da câmara de secagem.
82
Figura 45: Bomba centrífuga da solução de água e monoetilenoglicol.
83
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Tempo (min)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
(X-X
E)/(
X0-
XE)
Experimento: 35°C_3 mmy=(0,372)exp(-(0,017)x)
R2=0,993
Figura 46: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 35°C e
3 mm.
0 50 100 150 200 250 300 350
Tempo (min)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
(X-X
E)/(
X0-
XE)
Experimento: 35°C_7 mmy=(0,367)exp(-(0,0069)x)
R2=0,999
Figura 47: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 35°C e
7 mm.
84
0 20 40 60 80 100 120 140
Tempo (min)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(X-X
E)/(
X0-
XE)
Experimento: 55°C_3 mmy=(0,447)exp(-(0,0239)x)
R2=0,996
Figura 48: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 55°C e
3 mm.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
Tempo (min)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(X-X
E)/(
X0-
XE)
Experimento: 55°C_7 mmy=(0,494)exp(-(0,0115)x)
R2=0,998
Figura 49: Curvas do adimensional de água livre em função do tempo de secagem
para o ajuste do modelo de Henderson e Pabis (Equação 2) na condição de 55°C e
7 mm.
85
0 2 4 6 8 10 12
Tempo (min)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
(Xsa
t-X)/
(Xsa
t-XF)
Experimento: 35°C_3 mmy=(0,999)exp(-(0,149)x)
R2=0,995
Figura 50: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 35°C e 3 mm.
0 2 4 6 8 10
Tempo (min)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
(Xsa
t-X)/(
Xsa
t-XF)
Experimento: 35°C_7 mmy=(0,934)*exp(-(0,297)*x)
R2=0,982
Figura 51: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 35°C e 7 mm.
86
0 2 4 6 8 10 12
Tempo (min)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
(Xsa
t-X)/
(Xsa
t-XF)
Experimento: 55°C_3 mmy=(0,968)exp(-(0,139)x)
R2=0,994
Figura 52: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 55°C e 3 mm.
0 2 4 6 8 10 12
Tempo (min)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
(Xsa
t-X)/
(Xsa
t-XF)
Experimento: 55°C_7 mmy=(0,934)exp(-(0,369)x)
R2=0,981
Figura 53: Ajuste do modelo, descrito na Equação 17, aos dados experimentais da
secagem de pasta de vegetais na condição de 55°C e 7 mm.
87
Tabela 12: Análise de variância dos efeitos para a resposta diferença de cor.da
secagem de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar.
Variável SQ GL MQ Teste F P
X1 4,8620 1 4,8620 7,3263 0,1136
X2 24,2556 1 24,2556 36,5497 0,0263
X1 X2 0,0002 1 0,0002 0,0003 0,9869
Falta de
ajuste 0,5201 1 0,5201 0,7838 0,4694
Erro puro 1,3273 2 0,6636
Total 30,9653 6
Tabela 13: Análise de variância dos efeitos para a resposta compostos fenólicos.da
secagem de pasta de vegetais em camada delgada com condicionamento do ar.
Variável SQ GL MQ Teste F P
X1 6874884 1 6874884 78,4648 0,0125
X2 7546009 1 7546009 86,1246 0,0114
X1 X2 3111696 1 3111696 35,5146 0,0270
Falta de
ajuste 1360 1 1360 0,0155 0,9122
Erro puro 175235 2 87617
Total 17709184 6
88
Tabela 14: Análise de variância dos efeitos para a resposta compostos atividade
antioxidante total da secagem de pasta de vegetais em camada delgada com
condicionamento do ar.
Variável SQ GL MQ Teste F P
X1 36,6025 1 36,6025 42,3967 0,0227
X2 162,5625 1 162,5625 188,2963 0,0052
X1 X2 24,5025 1 24,5025 28,3813 0,0334
Falta de
ajuste 0,8201 1 0,8201 0,9499 0,4325
Erro puro 1,7267 2 0,8633
Total 226,2143 6
