Curvas de porcentagem mássica de água versus peso específico em vegetais in natura - otimização de processos industriais pela seleção via teste da matéria-prima

Curves of water mass percentage versus specific gravity in vegetables in nature - improvement of industrial process by test of raw materials

CURVAS DE PORCENTAGEM MÁSSICA DE ÁGUA VERSUS PESO ESPECÍFICO EM VEGETAIS IN NATURA - OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS PELA SELEÇÃO VIA TESTE DA MATÉRIA-PRIMA¹

Mazaki MAEDA²,^*; Tatiana M. DIP³

RESUMO

O trabalho visa a verificação da existência de correlação matemática entre peso específico (SG) e porcentagem mássica de água (PMA) em vegetais in natura. Foram concluídas as curvas da Solanum tuberosum (batata-inglesa), Dioscorea sp (cará), Manihot utilíssima (mandioca). O procedimento de medição de peso específico em laboratório pode ser utilizado como teste em escala industrial para determinação da porcentagem mássica de água em vegetais in natura de aspecto uniforme através da curva característica PExPMA do vegetal utilizado. O teste assim descrito é simples, econômico, não destrutivo e preciso, fácil de ser implantado na indústria para otimização de processos que tenham como matéria-prima vegetais in natura, uma vez que a porcentagem mássica de água do vegetal é um parâmetro importante. Com a aplicação do teste é possível selecionar a matéria-prima de melhor produtividade, permitindo melhores produtos e maior rendimento do processo, além de atingir melhor homogeneidade do produto final.

Palavras-chave: peso específico, porcentagem mássica de água, vegetais, processo, qualidade, teste.

SUMMARY

CURVES OF WATER MASS PERCENTAGE VERSUS SPECIFIC GRAVITY IN VEGETABLES IN NATURE - IMPROVEMENT OF INDUSTRIAL PROCESS BY TEST OF RAW MATERIALS. The purpose of this investigation is to verify the existance of a relation between specific gravity (SG) and watermass percentage (WMP) in vegetables in nature. The curves of Solanum tuberosum (potato), Dioscorea sp (yam), Manihot utilíssima (cassava) were plotted. The procedure of determination of specific gravity in laboratory can be used as a test in industrial scale to determine the water mass percentage in vegetables in nature that have uniform aspect through the curve SGxPMA of the vegetable. This test is simple, economic, not destructive and precise, so it’s easy to introduce in industries to improve the process that has vegetables in nature as raw materials, once water mass percentage of the vegetable is an important parameter. With this test application is possible to select the raw materials that make better productivity, allowing better products and bigger profit of the process, besides more homogeneous final products.

Keywords: specific gravity, water mass percentage, vegetables, process, quality, test.

1- INTRODUÇÃO

A indústria de alimentos emprega inúmeros testes, por métodos objetivos e sensoriais, qualitativos e quantitativos ^[1] , que visam a padronização de seus processos, além de consequente otimização dos mesmos . Por exemplo, ao selecionar batatas para o processo de fritas, é importante alto peso específico dos tubérculos, acarretando maior quantidade do produto final e menor consumo de óleo, a partir de uma mesma quantidade de matéria-prima^[2] . O peso específico das batatas varia significativamente entre espécies criadas sob condições similares, assim como as da mesma espécie apresentam diferença quando criadas sob condições ambientais, de cultura e solo diferentes (nutrição mineral da planta, composição do solo, controle de cultivo e irrigação, temperatura na época de plantio e de maturação) ^{[2, 3]}. A aplicação do teste PE (peso específico) x PMA (porcentagem mássica de água) aqui descrito abrange um mercado industrial de enorme extensão: batatas-fritas, salgadinhos, sopas semi-prontas, farinha, purês instantâneos, só para citar alguns. A indústria utiliza o método de separação de blocos de faixas de peso específico de batatas in natura através de diferentes concentrações de soluções salinas^[2]. Existe também o método de Karl Fisher, um aparelho que determina o teor de água em diversos líquidos e sólidos, sendo exemplos batatas fritas e flocos de batata.

No processo de fritas é também importante o baixo teor de açúcar nas batatas, sendo um fator significativo a data de defolhação

^[4]. A escolha de mudas através da seleção por população é um modo eficiente de selecionar mudas para batatas fritas de qualidade em relação ao parâmetro cor

^[5]. É interessante notar que a relação linear entre peso específico e açúcar acumulado durante armazenamento em batatas

^[6] converge com a relação pesquisada de peso específico e porcentagem mássica de água, sendo que quanto maior o peso específico, melhor para o processo. A coloração da batata é também pesquisada através de estudos de cromossomo

^[7] . Estão sendo desenvolvidas novas espécies de batatas, sendo exemplos NISKA, que apresenta alto peso específico e boa qualidade após armazenagem

^[8]; AC PTARMIGAN, que apresenta qualidade de chips estável

^[9] ; NORWIS, uma nova variedade de batata, combinando qualidade de chips, resistência à doenças, ótima adaptação e altos lucros

^[10]. Sendo a armazenagem um fator importante, existem técnicas de inteligência artificial para controle de refrigeração em armazenagem de batatas

^[11].Também foi desenvolvido um monitor portátil de teste rápido para determinação de glicose em batatas estocadas

^[12].

Para a mandioca são fatores importantes o teor de ácido cianídrico^[13,14], o teor de amido^[15,16,17], as condições de armazenagem. Nas condições climáticas da zona norte da Costa Rica foram feitos testes de resistência à deterioração e conservação de raízes frescas de sete espécies de mandioca (Manihot esculenta C.), sendo que os melhores métodos de armazenamento e conservação foram aserrín úmido e casca de arroz úmida, pois mantêm a umidade por mais tempo durante o armazenamento, diminuindo a perda de água^[18].

2 - MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 - Materiais

Com o objetivo de testar a maior variedade de amostras possível, os vegetais utilizados para calibração das curvas foram comprados em diversos pontos da cidade de São Paulo. Para avaliação do tempo de degradação da mandioca em relação à curva PExPMA foram utilizadas mandiocas plantadas em quintal domiciliar, com data de colheita conhecida. Para a determinação da curva da batata apresentada, foram analisadas a interferência do tamanho dos tubérculos, classificando-os em pequeno, médio e grande; e a interferência do tipo de batata, analisando-se os tipos achati, holandesa (lisa) e barraca.

2.2 - Métodos

=> Para obtenção de medidas de peso específico (PE): foi utilizada a seguinte fórmula :

Demonstração da fórmula :

m = massa do vegetal

g = aceleração da gravidade

V = volume do vegetal = volume de água deslocado

d_a = densidade da água

d_v = densidade do vegetal in naturadensidades referentes à temperatura ambiente

PE = peso específico = d_v /d_a

i)peso em ar = mg = d_v Vg

ii)peso em água = peso em ar - empuxo= d_v Vg - d_a Vg

iii)peso em ar - peso em água = d_v Vg-( d_v Vg - d_a Vg) = d_a Vg

iv)SG= d_v /d_a = d_v Vg/d_aVg= peso em ar/(peso em ar - peso em água)

ou seja, peso específico = peso em ar / (peso em ar -peso em água)

Para a obtenção de dados, foi utilizada balança semi-analítica Micronal B6000, precisão de 0,05g, balde com água destilada e suporte metálico, fio e rede de nylon (para transferir o peso em água do vegetal ao suporte, este estando sobre a balança e pinça tipo jacaré para fechar a rede).

Para determinação do PE, embora existam vários métodos, (sendo exemplo medição do peso em ar do vegetal, dividido pelo peso de água deslocado por volume da amostra quando imerso); a seguir tem-se a descrição técnica que foi utilizada neste trabalho, escolhida por atender a necessidade de precisão exigida.

Pesa-se a massa do vegetal in natura em balança semi-analítica (a). Em seguida, pesa-se o conjunto pinça+rede+ fio+ vegetal em água (b), além de pesar apenas o conjunto pinça+rede+ fio em água (c). Para a obtenção do peso do vegetal em água (d), basta subtrair c de b, ou seja: d= c-b. SG=a/(a-d) (adimensional).

Durante o procedimento da medição de PE, são tomados os seguintes cuidados: o fio não deve estar torcido; a rede deve ser bem fina (espessura do fio de 0,2 mm), de forma a não causar tensão; o suporte não deve encostar na mesa de apoio da balança; foi utilizada água destilada. A rede deve possuir menor área possível acima da pinça, para que seja evitada tensão superficial da mesma na água. Também é importante que o vegetal não encoste nas paredes do balde; é necessário confirmar que todo o conjunto esteja imerso em água. Para garantir este fato, utiliza-se fio de nylon longo o suficiente para que o centro do vegetal esteja aproximadamente na altura média de água do balde. Para vegetais de forma aproximadamente cilíndrica, sendo exemplos cenoura, mandioca; coloca-se o fio no centro de gravidade (achado experimentalmente) do mesmo, para evitar que alguma ponta fique acima da superfície da água. Para vegetais que flutuam, utiliza-se peso extra pertencente aos conjuntos b e c. Os cuidados assim descritos garantem a precisão de PE desejada pelo método. Cada pesagem é realizada três vezes para se evitar erros do operador. Em alguns vegetais é necessário minimizar o tempo de imersão do mesmo, pois estes vegetais absorvem rapidamente água, causando grande variação no valor experimental de PE. Exemplo: mandioca. Um bom parâmetro para saber se o vegetal se enquadra neste caso, consiste em analisar o tipo de casca do mesmo quanto a permeabilidade da seguinte forma: fixando-se um intervalo de tempo no qual o vegetal está mergulhado em água; quanto maior a porcentagem de variação do peso deste vegetal em água, maior a permeabilidade da casca do mesmo.

Esquema da técnica para determinação do PE (pesagem em água).

=>Para a obtenção da porcentagem mássica de água (P.M.A): foi utilizada secagem em estufa a 105^o Celsius até atingir massa constante. Os vegetais foram pesados imediatamente após serem cortados para evitar inclusive perdas de umidade para o ambiente. A P.M.A foi determinada pela fórmula P.M.A = ( massa in natura - massa seca ) / massa in natura, sendo que para a obtenção dessas massas foi utilizada balança analítica Precision AR-250, precisão de 0,0005g.. Para a confirmação da estabilidade da massa seca, determina-se primeiramente a curva de secagem. Após conhecer o tempo médio de secagem do vegetal específico na estufa, a 105 ^oC, é necessário que duas pesagens consecutivas intercaladas por tempo mínimo de duas horas tenham diferença menor que 0,002g.

3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nenhuma interferência devido ao tamanho ou tipo foram constatadas na curva das batatas.

Os valores apresentados foram obtidos pelo programa estatístico Statgraphics for DOS.

Uma observação importante é o fato da relação ser válida apenas para vegetais novos, frescos. Caso o vegetal esteja velho, este é plotado fora da reta. Portanto, na coleta final dos dados, sempre foram utilizados vegetais de aparência nova. O único caso, até aqui encontrado, de vegetal cujo envelhecimento é rápido, foi a mandioca. Para saber o limite de envelhecimento em que a relação é válida, foram utilizadas amostras de data de colheita conhecida. Para estes tubérculos, foram analisados PE, PMA, tempo após colheita (tempo de armazenagem), e condições de armazenagem, podendo ser dentro ou fora da geladeira, com ou sem resíduos de terra na casca. No caso da mandioca, a relação encontrada é válida até o 5^o dia, se armazenada em condições ambiente, preferencialmente com resíduos de terra na casca; e até o 11^o dia, se armazenada em geladeira. Porém, após a verificação da variável tempo nas curvas PExPMA, foram feitos testes de envelhecimento em apenas um conjunto de amostras, de data de colheita conhecida, durante dias, sendo interessante a repetição do procedimento para melhor segurança no uso da relação encontrada para a mandioca quanto ao parâmetro envelhecimento, ou seja, qual o máximo valor tempo confiável, sob as mais variadas condições de armazenagem, em qual é válida a relação encontrada em mandiocas novas PExPMA.

Para os vegetais que não possuem cavidade em seu interior, a explicação para o fato da relação PExPMA ser realmente linear é: fixando-se um volume V do vegetal, sendo PE água igual a 1,000 e sendo PE dos constituintes básicos dos vegetais maior que 1,000, quanto maior a percentagem de água, mais perto de 1,000 é o PE do vegetal; quanto maior a percentagem de sólidos (portanto, menor a percentagem mássica de água), maior o PE do vegetal. Para os vegetais que apresentam presença de gases junto ao filamento de fibras, sendo a distribuição desses gases uniforme com a quantidade se sólidos, e fixando-se o volume; a curva PE se desloca para esquerda, de forma que a maior porcentagem de água para este tipo de vegetal está pareada com PE um pouco menor que 1,000. O deslocamento se deve à presença de gases no vegetal, e ao fato que estes gases apresentam peso específico bem inferior a um. (Os dados que permitiram esta conclusão não estão apresentados aqui e são objetos de estudos futuros). A uniformidade desses gases internos está relacionada ao erro padrão da relação linear, sendo deste um dos fatores responsáveis.

4- CONCLUSÃO

- Existe relação matemática entre peso específico e porcentagem mássica de água para Solanum tuberosum (batata-inglesa), Dioscorea sp (cará), Manihot utilíssima (mandioca), quando frescos e in natura. As relações são lineares.

- Para a batata, tamanho e tipo não interferem na determinação da curva.

- Para a mandioca, o fator tempo é limitante na verificação da relação entre peso específico e porcentagem mássica de água.

5- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

6- AGRADECIMENTOS

À Profa. Dra. Maria Elena Taqueda, pela contribuição nas análises estatísticas.

² Depto de Alimentos de Eng. Química da Escola Politécnica da USP - Av. Lineu Prestes, Semi Indútrial - Cidade Univercitária-São Paulo.

³ Bolsista USP

* A quem a correspodência deve ser encaminhada.

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¹

Recebido para publicação em 24/03/99.Aceite para publicação em 03/12/99.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  10 Maio 2001
• Data do Fascículo
  Dez 2000

Histórico

• Recebido
  24 Mar 1999
• Aceito
  03 Dez 1999