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Propriedades reológicas de sucos mistos de manga, goiaba e acerola adicionados de fitoquímicos

Rheological properties of mixed juices of mango, guava and acerola with added phytochemicals

Resumos

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento reológico dos sucos mistos de manga, goiaba e acerola, adicionados de fitoquímicos, em sete temperaturas (10, 20, 30, 40, 50, 60 e 70 ºC), e o efeito da temperatura na viscosidade aparente. As análises reológicas foram conduzidas em um reômetro de cilindros concêntricos, marca Brookfield, modelo R/S plus SST 2000. Os valores experimentais de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação foram ajustados pelos modelos de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Casson e Herschel-Bulkley. Observou-se que os três modelos apresentaram altos coeficientes de determinação (R² > 0,978), indicando que qualquer um destes pode ser utilizado para descrever o comportamento reológico dos sucos, caracterizados como fluidos não newtonianos com características pseudoplásticas. O efeito da temperatura no comportamento reológico dos sucos foi descrito pela Equação de Arrhenius e foi possível observar um decréscimo no valor da viscosidade aparente com o aumento da temperatura.

Sucos de frutas; Comportamento reológico; Viscosidade; Efeito da temperatura


The aim of this work was to study the rheological behaviour of mixed juices of mango, guava and acerola with added phytochemicals at seven temperatures (10, 20, 30, 40, 50, 60 and 70 ºC), and the effect of temperature on the apparent viscosity. The rheological analyses were carried out using a Brookfield R/S plus SST 2000 rheometer with concentric cylinders. The experimental data for shear stress versus shear rate were fitted to the following models: Ostwald-de-Waele (Power Law), Casson and Herschel-Bulkley. The three models presented high determination coefficient values (R² > 0.978), indicating that any of them could be used to describe the rheological behaviour of the juices. The juices presented non-Newtonian behaviour and pseudoplastic characteristics. The effect of temperature on the rheological behaviour of the juices was described by the Arrhenius equation. The values for apparent viscosity decreased with increase in temperature.

Fruit juices; Rheological behaviour; Viscosity; Effect of temperature


Propriedades reológicas de sucos mistos de manga, goiaba e acerola adicionados de fitoquímicos

Rheological properties of mixed juices of mango, guava and acerola with added phytochemicals

Aurélia Santos FaraoniI,** Autor Correspondente | Corresponding Author; Afonso Mota RamosII; Danilo Bergamaschi GuedesII; Marcos Roberto MoacirII; Ribeiro PintoII

IUniversidade Federal de Viçosa (UFV), Departamento de Tecnologia de Alimentos (DTA), CEP: 36570-000, Viçosa/MG - Brasil, e-mail: faraoniaurelia@yahoo.com.br IIUniversidade Federal de Viçosa (UFV), Departamento de Tecnologia de Alimentos (DTA), Viçosa/MG - Brasil, e-mail: amramos@ufv.br, danilobguedes@gmail.com, marcosrmrp@gmail.com

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento reológico dos sucos mistos de manga, goiaba e acerola, adicionados de fitoquímicos, em sete temperaturas (10, 20, 30, 40, 50, 60 e 70 ºC), e o efeito da temperatura na viscosidade aparente. As análises reológicas foram conduzidas em um reômetro de cilindros concêntricos, marca Brookfield, modelo R/S plus SST 2000. Os valores experimentais de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação foram ajustados pelos modelos de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Casson e Herschel-Bulkley. Observou-se que os três modelos apresentaram altos coeficientes de determinação (R2> 0,978), indicando que qualquer um destes pode ser utilizado para descrever o comportamento reológico dos sucos, caracterizados como fluidos não newtonianos com características pseudoplásticas. O efeito da temperatura no comportamento reológico dos sucos foi descrito pela Equação de Arrhenius e foi possível observar um decréscimo no valor da viscosidade aparente com o aumento da temperatura.

Palavras-chave: Sucos de frutas; Comportamento reológico; Viscosidade; Efeito da temperatura.

SUMMARY

The aim of this work was to study the rheological behaviour of mixed juices of mango, guava and acerola with added phytochemicals at seven temperatures (10, 20, 30, 40, 50, 60 and 70 ºC), and the effect of temperature on the apparent viscosity. The rheological analyses were carried out using a Brookfield R/S plus SST 2000 rheometer with concentric cylinders. The experimental data for shear stress versus shear rate were fitted to the following models: Ostwald-de-Waele (Power Law), Casson and Herschel-Bulkley. The three models presented high determination coefficient values (R2> 0.978), indicating that any of them could be used to describe the rheological behaviour of the juices. The juices presented non-Newtonian behaviour and pseudoplastic characteristics. The effect of temperature on the rheological behaviour of the juices was described by the Arrhenius equation. The values for apparent viscosity decreased with increase in temperature.

Key words: Fruit juices; Rheological behaviour; Viscosity; Effect of temperature.

1 Introdução

A preocupação das pessoas com a saúde tem elevado o consumo de frutas e de seus derivados nos últimos anos, pois, cada vez mais, estudos têm demonstrado que o consumo regular de frutas é um grande aliado na redução do risco de desenvolvimento de diversas doenças, uma vez que são ricas em vitaminas, carotenoides, compostos fenólicos e outros componentes importantes.

Os fitoquímicos (do grego, fitos = planta) poderiam ser definidos, simplesmente, como compostos químicos presentes ou provenientes das plantas. Sua definição é, usualmente, complementada pelas atribuições especiais desses compostos; não basta, portanto, vir do reino vegetal, é necessário que o composto promova efeitos benéficos ao organismo, para que possa ser considerado um fitoquímico (GOMES, 2007). Entre os mais importantes, estão os terpenoides, que incluem carotenoides, fitoesteróis, saponinas e limonoides; também os compostos nitrogenados (glucosinalatos) e os metabólitos fenólicos, incluindo os ácidos fenólicos, polifenóis e flavonoides (ANJO, 2004).

Dentre a classe dos carotenoides, encontra-se a luteína, que pertence à família das xantofilas e está sendo associada à diminuição do risco de desenvolver certas doenças, como doenças oculares, doenças cardiovasculares e câncer. Também se destaca como protetor da pele contra a exposição excessiva aos raios ultravioleta (ALTERNATIVE MEDICINE REVIEW, 2005; ALVES-RODRIGUES e SHAO, 2004; GAMA e SYLOS, 2007).

Dentre os flavonoides, encontram-se as catequinas, uma das seis classes dos flavonoides, que incluem galato de epigalocatequina (EGCG), epigalocatequina (EGC), epicatequina galato (ECG) e epicatequina (EC) (ASOLINI et al., 2006; CHO et al., 2007). Os flavonoides são reconhecidamente agentes antioxidantes capazes de inibir a oxidação de lipoproteínas de baixa densidade, além de estes reduzirem significativamente as tendências a doenças trombóticas (RAUHA et al., 2000).

No setor de bebidas, destaca-se o mercado crescente para sucos ou néctares mistos, compostos principalmente de frutas tropicais. Outra tendência é a adição de fitoquímicos (compostos bioativos) com alegações funcionais, visando à elaboração de uma bebida de frutas com efeitos benéficos à saúde. Porém, estas combinações geram produtos com comportamento reológico ainda não descrito na literatura, necessitando assim de estudos nesta área.

O comportamento reológico dos sucos é influenciado pela sua composição tanto quantitativa quanto qualitativa – como, exemplo, teor de pectina e de sólidos suspensos – e, por consequência, dependerá do tipo de fruta e dos tratamentos realizados no seu processo de elaboração (PELEGRINE et al., 2000). Deste modo, para se obter um produto de qualidade, as indústrias devem respeitar as características de cada fruta.

Segundo Vidal et al. (2004), a inexistência de dados reológicos sobre os sucos de frutas tropicais na literatura tem levado a indústria nacional a utilizar, no processo de fabricação destes sucos, condições semelhantes às aplicadas na produção do suco de laranja. Todavia, por terem propriedades diferentes, os resultados não atingem o mesmo nível de qualidade. A crescente necessidade e a procura dos parâmetros reológicos para os diversos fluidos manipulados nas indústrias de processamento estão ligadas também à grande importância econômica que estes fluidos e equipamentos de manipulação representam atualmente.

O conhecimento do comportamento reológico de alimentos fluidos é essencial para o projeto de equipamentos de processamento de alimentos, além de ser um parâmetro de grande importância para controle de qualidade, aceitabilidade dos consumidores e desenvolvimento de novos produtos, e na determinação da sua vida de prateleira (LEITE et al., 2004; RAMOS, 1997; RODRIGUES et al., 2003). Para compreender o comportamento de fluidos não newtonianos, que relacionam os dados de tensão de cisalhamento com a taxa de deformação, são utilizados alguns modelos matemáticos, como: Ostwald-de-Waele, Herschel-Bulkley e Casson, representados pelas Equações 1, 2 e 3, respectivamente (SILVA et al., 2005). Note-se que τ é a tensão de cisalhamento (Pa) e é a taxa de deformação (s–1), para todos os modelos.

K = índice de consistência (Pa.sn); n = índice de comportamento do escoamento (adimensional).

KH = índice de consistência (Pa.sn); nH = índice de comportamento ao escoamento (adimensional); τ0 = tensão inicial (Pa).

Koc = tensão inicial (Pa); Kc = índice de consistência (Pa.s0,5).

Os modelos reológicos são usados para uma melhor descrição do comportamento reológico dos fluidos, permitindo relacionar as propriedades reológicas com grandezas práticas, como concentração, temperatura e índice de maturação (BRANCO, 1995).

Considerando-se que os alimentos fluidos durante o seu processamento são submetidos constantemente a mudanças de temperatura, como, por exemplo, temperaturas de pasteurização e resfriamento, torna-se importante conhecer suas propriedades reológicas em função da temperatura.

O efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente pode ser descrito mediante uma equação análoga à de Arrhenius:

ηa = viscosidade aparente (Pa.s); ηo = constante (Pa.s); Ea = energia de ativação para escoamento viscoso (kJ.mol–1); R = constante dos gases (8,314.10–3 J.mol–1.K–1); T = temperatura absoluta (K).

A Equação de Arrhenius indica a tendência de diminuição da viscosidade aparente com o aumento da temperatura. De um modo geral, quanto maior a energia de ativação, maior será o efeito da temperatura sobre a viscosidade (RAO, 1986).

Para fluidos não newtonianos cujo comportamento reológico pode ser descrito pelo modelo de Ostwald-de-Waele, a viscosidade aparente é determinada pela seguinte equação:

O objetivo deste trabalho foi determinar as propriedades reológicas de suco misto de manga, goiaba e acerola adicionado de fitoquímicos em sete temperaturas, além de estudar o efeito deste fator sobre a viscosidade aparente.

2 Material e métodos

Para a elaboração dos sucos, foram utilizadas polpas pasteurizadas e congeladas de acerola e goiaba provenientes da Bela Ischia Ind. e Com. de Polpa e Fruta Congelada Ltda. e polpa de manga pasteurizada da variedade Ubá, comercializada pela Agrofruit Internacional do Brasil Ltda. Os fitoquímicos utilizados foram epigalocatequina galato e luteína, provenientes da empresa DSM Nutritional Products. Para sua conservação, foram utilizados benzoato de sódio (260 mg.L–1) e metabissulfito de sódio (40 mg.L–1). O teor de sólidos solúveis totais foi fixado em 11 ºBrix e o teor da mistura de polpas, em 35%.

Foram utilizados 13,65% de polpa de manga, 18,20% de polpa de goiaba e 3,15% de polpa de acerola, sendo estas proporções escolhidas por meio de testes de aceitação, dentre dez tratamentos obtidos de um delineamento simplex de misturas (BARROS NETO et al., 1995), de acordo com a Tabela 1.

As polpas foram pesadas e homogeneizadas juntamente com água mineral e sacarose comercial, sendo adicionados os fitoquímicos luteína e epigalocatequina galato em quantidades apresentadas na Tabela 2.

A concentração da luteína foi determinada com base na faixa recomendada pela literatura (6-30 mg/dia) (ALTERNATIVE MEDICINE REVIEW, 2005; KRINSKY et al., 2003; KRINSKY e JOHNSON, 2005) e as concentrações da epigalocatequina galato, segundo recomendação dos fornecedores (9,4-14,1 mg/100 mL). Para cada formulação, foram feitas três repetições. A pasteurização dos sucos foi realizada a uma temperatura de 90 ºC/60 s (MAIA et al., 2007) e, após o envase a quente em garrafas de vidro com tampas plásticas rosqueáveis com capacidade para 318 mL e resfriamento em água corrente, os sucos foram armazenados à temperatura ambiente (27 ± 2 ºC).

As leituras para determinação das medidas reológicas foram realizadas em um reômetro de cilindros concêntricos tipo Searle, marca Brookfield, modelo R/S Plus, acoplado a um banho-maria, marca Brookfield, modelo TC-502P, utilizando-se o sensor DG DIN para todas as amostras. As medidas reológicas foram realizadas às temperaturas de 10, 20, 30, 40, 50, 60 e 70 ºC. O tempo de corrida, para cada ensaio, foi programado para dois minutos (corrida ascendente), com taxa de deformação variando de 0 a 800 s–1, obtendo-se 24 pontos de taxa de deformação versus tensão de cisalhamento. As leituras foram realizadas em duplicata para cada temperatura.

A viscosidade aparente foi calculada utilizando-se a Equação 5 e com base em uma taxa de deformação de 100 s–1, valor característico de diversos processos aplicados a alimentos (SATO e CUNHA, 2007).

Os valores experimentais de tensão de cisalhamento e da taxa de deformação foram ajustados pelos modelos de Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Casson e Herschel-Bulkley.

Os dados experimentais foram processados utilizando-se o Programa SAS® licenciado pela UFV. Para o ajuste dos modelos, foram determinados dois parâmetros estatísticos: coeficiente de determinação (R2) e quadrado médio do erro (QME).

3 Resultados e discussão

3.1 Comportamento reológico

Nas Tabelas 3 a 5, estão indicados os parâmetros dos três modelos utilizados para os ajustes dos dados experimentais e os respectivos índices de ajuste.

 

Observou-se que os três modelos apresentaram altos coeficientes de determinação (R2> 0,978), indicando que qualquer um destes pode ser utilizado para descrever o comportamento reológico dos sucos em estudo (Tabelas 3 a 5). O modelo de Ostwald-de-Waele seria o mais indicado por ser simples e de ampla aplicação tecnológica (BRANCO e GASPARETO, 2003), além de ser bastante utilizado para descrever o comportamento reológico de sucos e néctares.

Analisando-se os modelos de Ostwald-de-Waele e Herschel-Bulkley, verificou-se que os valores de n e nH (índices de comportamento do escoamento) foram menores do que a unidade, indicando comportamento pseudoplástico do fluido; note-se que quanto mais afastado da unidade, maior a pseudoplasticidade do produto. Não foi observada uma influência marcante do aumento da temperatura nos valores de n e nH, uma vez que se mantiveram praticamente constantes.

Os valores de n e nH encontrados neste trabalho estão próximos dos valores apresentados por Vandresen et al. (2009) ao estudarem o efeito da temperatura no comportamento reológico de suco de cenoura pasteurizado.

Verificou-se também a redução nas viscosidades aparentes com o aumento da temperatura, confirmando a pseudoplasticidade dos sucos (n < 1). Uma redução mínima da viscosidade aparente, tendendo-se à estabilidade, foi observada nas temperaturas de 60 ºC e 70 ºC para os sucos controle e adicionados de luteína, e a partir da temperatura de 50 ºC para os sucos adicionados de epigalocatequina galato e luteína/epigalocatequina galato.

Nos sucos, os índices de consistência K, KC e KH, de um modo geral, decresceram com o aumento de temperatura. Este comportamento também foi observado por Silva et al. (2005), ao analisarem o efeito da temperatura nos parâmetros reológicos de suco de acerola, e por Cabral et al. (2002), ao estudarem o comportamento reológico da polpa de cupuaçu peneirada.

Com relação à tensão inicial (τ0), não foi possível observar um comportamento frente ao aumento da temperatura. No entanto, observam-se valores muito baixos (τ0 médio de 0,400 Pa) para os modelos de Herschel-Bulkley e Casson, podendo ser uma indicação de que o modelo de Ostwald-de-Waele é o mais adequado para descrever o comportamento reológico destes produtos.

3.2 Efeito da temperatura

Os valores de ηo (constante) e Ea (energia de ativação) foram obtidos por meio da utilização da Equação de Arrhenius (Equação 4), mediante uma regressão linear. Os valores são mostrados na Tabela 6, juntamente com seus respectivos índices de ajustes estatísticos.

O valor da energia de ativação para o suco controle foi de 11,66 kJ.mol–1, o que indica que a temperatura exerceu um maior efeito na viscosidade aparente deste produto.

Na Figura 1, é mostrada a variação da viscosidade aparente com o inverso da temperatura, em que estão plotados os pontos experimentais observados e calculados pela equação de Arrhenius.


Na Figura 1, observa-se uma tendência geral de diminuição da viscosidade aparente com o aumento da temperatura, como indica a equação do tipo Arrhenius. De acordo com Barbosa-Cánovas et al. (1993), a viscosidade de um fluido está relacionada com forças intermoleculares que impedem o movimento das moléculas e estas forças dependem da extensão dos espaços intermoleculares, que determinam seu volume livre, e são influenciadas por mudanças de temperatura e pressão.

4 Conclusões

Os sucos mistos podem ser descritos pelos três modelos analisados, sendo que o modelo de Ostwald-de-Waele foi o indicado por ser simples e de ampla aplicação tecnológica.

Os valores dos índices de comportamento ao escoamento foram inferiores à unidade, caracterizando os sucos como um fluido não newtoniano, com características pseudoplásticas.

Não foi observada uma influência marcante do aumento da temperatura nos valores de índice de comportamento ao escoamento. No entanto, os valores de índice de consistência apresentaram tendência decrescente com o aumento de temperatura.

Observou-se que o modelo de Arrhenius explicou satisfatoriamente a variação da viscosidade aparente com a temperatura.

Agradecimentos

Os autores agradecem à FAPEMIG pelo auxílio financeiro.

Recebido | Received: 30/05/2011

Aprovado | Approved: 24/09/2012

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    Autor Correspondente | Corresponding Author
  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      05 Mar 2013
    • Data do Fascículo
      Mar 2013

    Histórico

    • Recebido
      30 Maio 2011
    • Aceito
      24 Set 2012
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