Physicochemical evaluation and hygroscopic behavior of powdered guava obtained by spray drying

Avaliação físico-química e comportamento higroscópico de goiaba em pó obtida por spray-dryer

ENGENHARIA DE ALIMENTOS

ARTIGO CIENTÍFICO

Avaliação físico-química e comportamento higroscópico de goiaba em pó obtida por spray-dryer¹

Physicochemical evaluation and hygroscopic behavior of powdered guava obtained by spray drying

Alinne Alencar Costa dos Santos^I; Anne Karine Gurgel Dias Florêncio^I; Érica Milô de Freitas Felipe Rocha^II; José Maria Correia da Costa^III,*

^IDepartamento de Tecnologia de Alimentos, Centro Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, Brasil, [e-mail], [e-mail]

^IIInstituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte/IFRN, Campus Pau dos Ferros, Pau dos Ferros-RN, Brasil, [e-mail]

^IIIDepartamento de Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal do Ceará, Bloco 858, Campus do Pici, Av. Mister Hull 2977, Alagadiço, Fortaleza-CE, Brasil, 60.356-000, [e-mail]

RESUMO

A goiaba é uma das frutas tropicais mais populares e de maior aceitação em todas as regiões do Brasil. Do seu fruto podem-se obter vários produtos alimentícios tais como: doces, geleias, licores e sucos de diversas formas. Diante do exposto, o objetivo desta pesquisa foi caracterizar a polpa de goiaba atomizada quanto à sua composição físico-química e, avaliar o seu comportamento higroscópico através das isotermas de adsorção utilizando diferentes modelos matemáticos. As análises físico-químicas realizadas tanto na polpa integral de goiaba quanto no pó de goiaba atomizado foram: umidade, pH, acidez, sólidos solúveis e ácido ascórbico apresentando os seguintes resultados, respectivamente, 88,57 - 5,69%; 3,76 - 3,88; 0,43 - 0,24 mg 100 g^-1; 8,43 - 93,00 ºBrix e 2,77 - 3,79 mg 100 g^-1. As isotermas de adsorção foram construídas utilizando-se do ajuste de dados experimentais aos modelos matemáticos de GAB, BET, Henderson e Oswin. Sendo, o modelo Henderson, em todas as temperaturas avaliadas, aquele que melhor se ajustaram para o pó de goiaba atomizado com erro variando de 09,93 a 12,09% e coeficiente de correlação variando de 0,9900 a 0,9934.

Palavras-chave: Goiaba. Frutas. Secagem.

ABSTRACT

The guava is one of the most popular tropical fruits, being highly accepted all over Brazil. Many food products can be made from the fruit, such as jams, jellies, liquors and many types of juice. Given the above, the objective of this research was to characterise atomised guava pulp as to its physicochemical composition, and assess its hygroscopic behaviour by means of adsorption isotherms employing different mathematical models. The physicochemical analyses, carried out on both the whole guava pulp and on the atomised guava powder, were: moisture; pH; acidity; soluble solids and ascorbic acid, giving the following results respectively: 88.57-5.69 %; 3.76-3.88, 0.43-0.24 mg 100 g^-1; 8.43 to 93.00 ºBrix and 2.77-3.79 mg 100 g^-1. The adsorption isotherms were constructed adjusting the experimental data to the mathematical models of GAB, BET, Henderson and Oswin. The Henderson model presented the best fit to the atomised guava powder for all temperatures tested, presenting an error ranging from 09.93 to 12.09% and a correlation coefficient ranging from 0.9900 to 0.9934.

Key words: Guava. Fruit. Drying.

INTRODUÇÃO

A goiaba (Psidium guajava) é um fruto tropical, climatérico e apresenta altas taxas de transpiração e perda de massa após sua colheita (AZZOLINI et al., 2005). Devido ao intenso metabolismo durante o amadurecimento, esses frutos senescem rapidamente, impedindo o armazenamento por períodos prolongados (CARVALHO et al., 2001; RIBEIRO et al., 2005; VILA et al., 2007). De acordo com os dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2011), o Brasil no ano de 2009 produziu 297.377 toneladas de goiaba, sendo a região Nordeste responsável por 46,35% desta produção.

Como a comercialização de frutos está restrita a sua época de safra e, devido a sua alta perecibilidade, é importante, para viabilizar as diversas agroindústrias, de unidades de processamento que possam alimentar as indústrias fora do período de safra. Um dos processos utilizados nos últimos anos para prolongar a vida útil dos frutos é a secagem por atomização. Este processo tem por finalidade transformar a polpa de fruta em forma de pó, permitindo um armazenamento prolongado e uma maior estabilidade e longevidade do produto, de modo a ter uma maior vida de prateleira, podendo o consumidor ter acesso a esse produto durante o ano, e não apenas no período de safra (ANSELMO et al., 2006).

A secagem por spray-dryer ou atomização é um processo amplamente utilizado na indústria de alimentos, e em condições ideais de processamento, tem se mostrado eficaz na obtenção de diversos produtos. Este processo de desidratação, quando utilizado em alimentos ricos em açúcar tais como sucos de frutas, mel e derivados do amido altamente hidrolisado, apresenta grande potencial econômico e, a transformação destes produtos em forma de pós alimentícios desidratadas resulta em alimentos de volume reduzido, com uma longa vida útil e uma boa reconstituição (ADHIKARI et al., 2004).

No entanto, os sucos de fruta obtidos por spray-dryer apresentam obstáculos em suas propriedades funcionais, com alta pegajosidade (stickiness) e higroscopicidade, que tornam a sua embalagem e utilização substancialmente mais difíceis (CANO-CHAUCA et al., 2005).

Diante do exposto, este trabalho teve como principais objetivos: avaliar as características físico-químicas do pó de goiaba atomizado e verificar o seu comportamento higroscópico através das isotermas de adsorção utilizando diferentes modelos matemáticos.

MATERIAL E MÉTODOS

As polpas de goiaba selecionadas para a realização deste trabalho foram adquiridas no comercio varejista de Fortaleza - CE e, então conduzidas ao Laboratório de Controle de Qualidade e Secagem do Departamento de Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal do Ceará, onde foram mantidas sob congelamento em um freezer vertical, a -18 ºC, sendo o seu descongelamento realizado na embalagem original do produto, em geladeira (2 ºC) por 18 horas.

Após descongelamento, elaborou-se uma polpa formulada composta de polpa integral de goiaba adicionada de 10% de maltodextrina e 50% de água destilada (p/p). Após completa dissolução e homogeneização, a solução formulada foi então submetida à secagem em um Spray-dryer modelo MSD 1.0 da marca Labmaq do Brasil, utilizando um bico pneumático de 1,2 mm, vazão de bombeamento da polpa de 500 L h^-1, vazão de ar quente de 3,5 L h^-1 e temperatura de entrada de 120 ºC.

Para todas as determinações físico-químicas, tanto da polpa integral quanto do pó atomizado obtido, foram realizadas em triplicata, sendo elas: umidade (determinada utilizando uma estufa a vácuo a 70 ºC, sob pressão reduzida, até peso constante), pH (determinado através de um medidor de pH, calibrado periodicamente com soluções tampão de pH 4,0 e 7,0), acidez titulável (determinada por titulação com NaOH 0,1 N e os resultados expressos em percentagem de ácido cítrico) e, os sólidos solúveis (determinados através da leitura dos ºBrix a 20 ºC em refratômetro, com escala variando de 0 a 90 ºBrix) e, a análise de açucares totais e redutores foram realizadas segundo a metodologia do Instituto Adolfo Lutz (2004). O conteúdo de ácido ascórbico foi determinado através de método titulométrico baseado na redução do indicador 2,6-diclorofenolindofenol pelo ácido ascórbico, sendo os resultados expressos em mg de ácido ascórbico por 100 g de amostra, segundo a metodologia descrita por Strohecker e Henning (1967). A atividade de água do pó foi feita utilizando um medidor de atividade de água, modelo AQUALab (1997) 4TEV nas temperaturas de 25; 30; 35 e 40 ºC, conforme indicações do fabricante.

Para as determinações das isotermas de adsorção, a amostra foi pesada, em triplicata, com massas de aproximadamente 0,20 g de cada e colocada em cadinhos de alumínio, previamente tarados. Posteriormente, os cadinhos foram colocados sobre suporte contido dentro das células isoladas, as quais continham as soluções salinas saturadas de: CH₃COOK (a_w = 0,21); K₂CO₃ (a_w = 0,48); NaBr (a_w = 0,57); SnCl₂ (a_w = 0,76); KCl (a_w = 0,84) e BaCl₂(a_w = 0,90) de acordo com Greespan (1977). As temperaturas utilizadas para a construção das isotermas foram de 25; 30; 35 e 40 ºC.

Foram feitas pesagens dos cadinhos, contendo a amostra, a cada 24 horas até atingirem a umidade de equilíbrio detectadas através de pesagem numa balança analítica modelo B-TEC-210ª da marca Tecnal. Durante este período a amostra foi submetida à inspeção visual, para detectar quaisquer alterações perceptíveis. Posteriormente, os cadinhos foram então colocados na estufa a 105 ºC para determinação do teor de umidade final de equilíbrio da amostra.

A umidade de equilíbrio (Xeq) foi calculada pela diferença entre a massa que a amostra apresentou no equilíbrio e sua massa seca inicial:

onde: X_eq = umidade de equilíbrio (g/g matéria seca); M_o = massa da amostra no equilíbrio (g); M_s = massa da amostra seca (g).

Para o ajuste matemático dos dados experimentais das isotermas de adsorção foram utilizados os modelos matemáticos de: BRUNAUER, EMMET e TELLER (BET); GUGGENHEIM-ANDERSON - DE BOER (GAB); HENDERSON; OSWIN, representados, respectivamente, pelas Equações 2, 3, 4 e 5.

onde: a_w = atividade de água; X_m = conteúdo de umidade na monocamada molecular (g/g de matéria seca); X_eq = conteúdo de umidade de equilíbrio (g/g de matéria seca); C = constante de BET relacionada ao calor de sorção da camada molecular; a, b e K = parâmetros de ajuste.

Os valores do erro (E) apresentados foram calculados de acordo com a Equação 6 (KUROZAWA; EL-AOUAR; MUR, 2005):

onde: E = erro médio relativo; M_i = valores obtidos experimentalmente; Mp_i = valores preditos pelo modelo; n = número de dados experimentais.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados da caracterização físico-química do pó de goiaba atomizado são expostos na Tabela 1, onde, pode-se observar que os resultados médios de umidade indicam que o pó de goiaba obtido perdeu em média 93,58% de água em relação à polpa integral. Esse resultado indica que a polpa atomizada está de acordo com os parâmetros estabelecidos pela legislação para produtos desidratados (AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA, 2005a), sendo este um fator protetor ao desenvolvimento de micro-organismos deteriorantes e patogênicos.

O pH da polpa integral e do pó foram de, respectivamente, 3,76 e 3,88. O que indica que esses valores se encontram, do ponto de vista da tecnologia de alimentos, em uma faixa segura em relação ao desenvolvimento microbiano, além de está dentre os valores estabelecidos para o padrão de identidade e qualidade da polpa em questão (BRASIL, 2000). Já para o parâmetro de acidez foi observado um valor para a polpa integral superior ao observado no pó.

O processo de secagem por atomização reduziu acidez titulável da goiaba em pó (0,24 mg 100 g^-1) em relação ao valor encontrado para a polpa integral de goiaba (0,43 mg 100g^-1); este comportamento era esperado em razão da temperatura ser responsável pelo aumento do pH da amostra e, consequentemente, diminuição da acidez. Oliveira, Figueiredo e Queiroz (2006) encontram valores de acidez para pitanga integral e na forma de pó formulada com 15% de maltodextrina + 30% de água destilada respectivamente de 2,23 e 1,52% e, Caleguer e Benassi (2007) em seu estudo com adição de polpa, CMC e fibra em preparados sólidos de laranja observaram teores variando 0,21 a 0,23 mg 100 g^-1.

Tanto por ser um produto mais concentrado devido à retirada de água quanto pela adição de maltodextrina, o pó de goiaba apresentou teor médio de sólidos solúveis e açúcares totais e redutores, significativamente, superior ao observado para polpa integral de goiaba.

Os teores de ácido ascórbico observado tanto para a polpa integral quanto para a atomizada apresentaram diferenças estatística significativas, com nível de 5% de probabilidade, representando aproximadamente 4,62 e 6,32% da Ingestão Diária Recomendada (IDR) para adultos (AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA, 2005b). Comparando-se o teor de ácido ascórbico da polpa integral com o teor obtido para a polpa de goiaba em pó, constata-se que o processo de secagem concentrou este constituinte no pó apresentando um valor de 36,82% superior.

Os dados experimentais das isotermas de sorção para a polpa de goiaba em pó foram ajustados por diversos modelos da literatura e, os parâmetros estimados por cada modelo estão apresentados na Tabela 2.

De acordo com os valores obtidos dos coeficientes de correlação (R²) e dos erros médios (E), pode-se observar que para o pó alimentício obtido da polpa de goiaba atomizada, o modelo de Henderson foi o que melhor se ajustou à curva experimental, em todas as temperaturas analisadas, com os menores valores de erro médio (E) e os maiores valores nos coeficientes de correlação (R²). O segundo modelo que melhor representou esses dados experimentais, também em todas as temperaturas avaliadas, foi o de GAB sendo o modelo de BET o que representou o pior ajuste para os dados em questão com R² variando de 0,9878 a 0,9914 e E variando de 16,84 a 19,31%.

As isotermas de adsorção de polpa de goiaba atomizada foram obtidas traçando os teores de água de equilíbrio do pó alimentício em função da atividade de água. Os valores experimentais obtidos mostram que o comportamento das isotermas foi do tipo exponencial conforme pode ser verificado nas Figuras 1; 2; 3 e 4. E, as curvas obtidas apresentaram formato do tipo III (formato de J), característica de alimentos com alto teor de açúcar na classificação da IUPAC conforme Hérbrard et al., (2003). Este tipo de curva também foi observado por Gabas et al. (2007) em polpa de abacaxi adicionada de maltodextrina ou goma arábica e seca a vácuo e, Wang, Zhang e Chen (2008) em gooseberry liofilizada.

De acordo com ambas as figuras apresentadas verificou-se que para atividades de até 0,6, o aumento da umidade de equilíbrio foi pequeno, quando comparado às umidades atingidas em atividades de água maiores, o que também foi observado por Righetto e Netto (2005) e por Gabas et al. (2007). Nesta última região, a água exerce uma forte influência sobre a estabilidade do pó, uma vez que, estando na forma de moléculas livres, pode dissolver componentes, resultando em uma aceleração de reações indesejáveis.

Esta construção das isotermas de adsorção dos pós de goiaba atomizado encerrou-se em um período de 8 dias e, foram observadas algumas mudanças nas características físicas dos pós armazenados em diferentes umidades relativas, sendo verificado que os pós armazenados sob umidades relativas até 48% (K₂CO₃), as partículas permaneceram na forma de pó solto. Já os armazenados sob umidades relativas entre 57 (NaBr) e 76% (SnCl₂) as partículas começaram a apresentar formação de aglomerados que não se soltavam tão facilmente e, os armazenados sob umidades relativas acima de 84% (KCl) ficaram com a aparência de um aglomerado úmido e pegajoso. Este período de construção das isotermas para os pós de goiaba foi bem inferior ao observado por Bezerra (2009) em seu estudo sobre comportamento higroscópico de pós de diferentes variedades de manga que precisou de 20 dias para que ocorresse este equilíbrio.

Verificou-se na Tabela 2 que os valores do conteúdo de umidade na monocamada molecular (X_m) e da constante relacionada ao calor de sorção da camada molecular (C) das equações de GAB e BET, nas diferentes temperaturas analisadas, são próximos e apresentaram comportamento similares. Oliveira et al. (2009), em seu estudo das isotermas de dessorção da coroa do abacaxi, observaram este mesmo comportamento.

Quanto o valor de C, observou-se que o aumento da temperatura de 25 para 40 ºC provocou também um aumento neste valor, fato que pode estar relacionado às mudanças irreversíveis associadas ao aumento da temperatura como reações enzimáticas e desnaturação de proteínas.

O parâmetro K do modelo de GAB apresentou valores praticamente constantes e em torno de 1 apresentado variações pequenas entre 0,8580 a 0,9151. E, os valores médios para os parâmetros de "a" e "b", tanto para o modelo de Henderson quanto para o modelo de Oswin, não apresentaram, praticamente, influência da temperatura.

CONCLUSÕES

1. Todos os parâmetros analisados sofreram alterações após o processo, porém pode-se concluir que o processo de atomização foi adequado para este produto, garantido assim a sua estabilidade por um período mais longo de armazenamento;

2. Em relação às isotermas de adsorção, o modelo Henderson, em todas as temperaturas avaliadas, foi aquele que melhor se ajustou para o pó de goiaba atomizado com erro variando de 09,93 a 12,09% e coeficiente de correlação variando de 0,9900 a 0,9934.

AGRADECIMENTOS

À UFC e INCT pela infra-estrutura disponibilizada para a realização do estudo e ao CNPq pela bolsa de estudo fornecida a primeira autora.

Recebido para publicação em 16/10/2011; aprovado em 06/01/2014

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*

Autor para correspondência

1

Trabalho extraído da Pesquisa financiada pelo CNPq

Publication Dates

• Publication in this collection
  26 May 2014
• Date of issue
  Sept 2014

History

• Received
  16 Oct 2011
• Accepted
  06 Jan 2014