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Contração volumétrica e cinética de secagem de fatias de banana variedade Terra1 1 Trabalho recebido em jun./2014 e aceito para publicação em mar./2015 (http://dx.doi.org/10.1590/1983-40632015v4530301).

Volumetric contraction and drying kinetics of Musa sapientum slices

RESUMO

A secagem é um método empregado na conservação de alimentos, influenciando no tempo de preservação, qualidade e durabilidade desses produtos. Este trabalho objetivou caracterizar a cinética de secagem e avaliar o encolhimento de fatias de banana variedade Terra, sob temperaturas de secagem de 40-60 ºC. Os modelos matemáticos utilizados para a análise da secagem foram aproximação da difusão, dois termos, Midilli & Kucuk e Thompson e, para o encolhimento, Lozano, McMinn & Magee, Rovedo, Suarez & Viollaz e Ratti. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais de secagem foi o de Midilli & Kucuk, por apresentar o melhor coeficiente de determinação (R2) e o menor erro médio relativo (P) e desvio padrão da estimativa (SE). Já para o encolhimento, o melhor modelo foi o de Ratti, por apresentar maior R2 e menores P e SE. A redução de volume (RV) apresentou comportamento inversamente proporcional, em relação à temperatura. Para as temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, a RV foi, respectivamente, de 21,65 %, 19,46 % e 17,74 %, quando avaliada com paquímetro, e de 27,74 %, 24,08 % e 22,50 %, quando avaliada com imagem.

PALAVRAS-CHAVE:
Musa sapientum ; desidratação; modelos matemáticos

ABSTRACT

Drying is a method employed in food preservation, which influences the preservation time, quality and durability of these products. This study aimed to characterize the drying kinetics and evaluate the shrinkage of Musa sapientum slices, under temperatures of 40-60 ºC. The mathematical models used to analyze drying were diffusion approximation, two terms, Midilli & Kucuk and Thompson, while the ones used to evaluate shrinkage were Lozano, McMinn & Magee, Rovedo, Suarez & Viollaz and Ratti. The model that best fitted the experimental drying data was Midilli & Kucuk, for presenting the best coefficient of determination (R2) and the lowest average relative error (P) and estimate standard deviation (SE). For shrinkage, the best model was Ratti, due to its higher R2 and lower P and SE. The volume reduction (VR) presented an inverse relation with temperature. For temperatures of 40 ºC, 50 ºC and 60 ºC, the VR estimates with pachymeter were respectively 21.65 %, 19.46 % and 17.74 %, while the estimates with image were 27.74 %, 24.08 % and 22.50 %.

KEY-WORDS:
Musa sapientum ; dehydration; mathematical models

INTRODUÇÃO

O Brasil destaca-se, dentre os países em desenvolvimento, como um dos maiores produtores mundiais de frutas, sendo a perda de produtos in natura estimada em torno de 50 % (Paraná 2012PARANÁ. Secretaria de Estado da Agricultura e do Abastecimento (SEAB). Fruticultura: análise da conjuntura agropecuária. 2012. Disponível em: <http://www.agricultura.pr.gov.br/arquivos/File/deral/Prognosticos/fruticultura_2012_13.pdf>. Acesso em: 09 jan. 2015.
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), podendo estar relacionada à falta de tecnologias adequadas de pós-colheita, transporte e armazenamento.

Para evitar perdas na pós-colheita, as frutas necessitam de temperaturas especiais para a sua conservação, como ocorre, por exemplo, no processo de refrigeração (Chitarra & Chitarra 1990CHITARRA, M. I. F.; CHITARRA, A. B. Pós-colheita de frutos e hortaliças: fisiologia e manuseio. Lavras: Faepe-ESAL, 1990., Brunini et al. 2002BRUNINI, M. A.; DURIGAN, J. F.; OLIVEIRA, A. L. Avaliação das alterações em polpa de manga "Tommy Atkins" congelada. Revista Brasileira de Fruticultura, Jaboticabal, v. 24, n. 3, p. 651-653, 2002.).

Técnicas para a preservação e diminuição de prejuízos causados a produtos in natura são estudadas há anos. O desafio é preservar os alimentos, mantendo valores nutricionais semelhantes aos originais, pois os consumidores estão cada vez mais exigentes. Em níveis industriais, tem-se buscado o desenvolvimento de operações que minimizem os custos e os efeitos adversos do processamento. Logo, torna-se de grande interesse o estudo de operações de processamento para produtos à base de frutas tropicais (Pontes et al. 2007PONTES, S. F. O. et al. Secagem e avaliação sensorial de banana da terra. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v. 9, n. 2, p. 143-148, 2007.).

No Brasil, o consumo e a produção de frutas tropicais ocupam o terceiro lugar mundial. A banana é uma fruta de destaque, representando 15,9 % do volume total da fruticultura produzida no País (Paraná 2012PARANÁ. Secretaria de Estado da Agricultura e do Abastecimento (SEAB). Fruticultura: análise da conjuntura agropecuária. 2012. Disponível em: <http://www.agricultura.pr.gov.br/arquivos/File/deral/Prognosticos/fruticultura_2012_13.pdf>. Acesso em: 09 jan. 2015.
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), estando presente na dieta dos brasileiros por fornecer quantidades significativas de micronutrientes, como vitaminas e minerais. Porém, o Brasil também é o País com maior índice de desperdício dessa fruta (Sousa 2002SOUSA, P. H. M. Desidratação osmótica de banana com e sem vácuo com complemento de secagem em estufa de circulação de ar. 2002. 82 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2002., Jesus et al. 2004JESUS, C. de et al. Caracterização física e química de frutos de diferentes genótipos de bananeira. Bragantia, Campinas, v. 63, n. 3, p. 315-323, 2004.).

Devido ao elevado índice de desperdício e perecibilidade, essa fruta carece de técnicas que aperfeiçoem o seu armazenamento. A desidratação tem como objetivo eliminar um líquido volátil (água) contido na matéria-prima, por meio da técnica de evaporação, proporcionando a conservação desse alimento por mais tempo (Dantas et al. 2009DANTAS, T. N. P. et al. Estudo da transferência de calor e massa e da cinética de secagem em placas planas de batata inglesa (Solanum Tuberosum L.). In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA EM INICIAÇÃO CIENTÍFICA, 8., 2009, Uberlândia. Disponível em: <http://www.cobeqic2009.feq.ufu.br/uploads/media/105621281.pdf>. Acesso em: 09 jan. 2015.
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).

Durante a desidratação, o produto pode sofrer redução em seu volume (encolhimento), devido a alterações na microestrutura do material fresco, como o aumento de cavidades, dentre outras transformações causadas pelo estresse térmico, e, principalmente, pela remoção de umidade. As alterações estruturais dependem, também, do formato do produto estudado (Katekawa 2006KATEKAWA, M. E. Análise teórico-experimental do encolhimento: estudo da secagem de banana. 2006. 151 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2006., Borges et al. 2008BORGES, S. V. et al. Secagem de fatias de abóboras (Curcubit moschata L.) por convecção natural e forçada. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 28, n. 2, p. 245-251, 2008.).

A retirada parcial ou total da água livre impede a ocorrência de reações bioquímicas responsáveis pela deterioração, implicando em maior preservação do fruto e impedindo, assim, a ocorrência de reações bioquímicas responsáveis pela deterioração. Essa remoção de água se faz necessária para evitar os danos causados por micro-organismos, aumentando, então, a vida de prateleira do produto (Drouzas & Shubert 1996DROUZAS, A. E.; SCHUBERT, H. Microwave application in vacuum drying of fruit. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 28, n. 2, p. 203-209, 1996., Park et al. 2001PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. R. Estudo de secagem de pera Bartlett (Pyrus sp.) em fatias.Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 21, n. 3, p. 288-292, 2001.).

O estudo da secagem de produtos sólidos em camada delgada é utilizado para a determinação experimental dos parâmetros que caracterizam a operação, obtendo-se, assim, um melhor domínio do processo, como, também, maior conhecimento dos fundamentos e mecanismos envolvidos (Batista 2004BATISTA, L. M. Secagem de quitosana obtida a partir de resíduos de camarão: análise da cinética de secagem considerando encolhimento. 2004. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Alimentos) - Fundação Universidade do Rio Grande, Rio Grande, 2004.).

O conhecimento da umidade de equilíbrio é de suma importância para os processos de transformação, preservação e armazenamento de alimentos. A estimativa da umidade de equilíbrio é necessária para a avaliação da cinética de secagem, utilização dos modelos matemáticos e determinação da constante de secagem (k), difusividade efetiva de massa (Def) e energia de ativação (Ea) (Batista 2004BATISTA, L. M. Secagem de quitosana obtida a partir de resíduos de camarão: análise da cinética de secagem considerando encolhimento. 2004. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Alimentos) - Fundação Universidade do Rio Grande, Rio Grande, 2004., Silva et al. 2009SILVA, A. S. et al. Cinética de secagem em camada fina da banana maçã em secador de leito fixo. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v. 11, n. 2, p. 129-136, 2009.).

A velocidade de troca de calor entre o produto e o ar pode ser analisada por meio da Def, nas diferentes temperaturas do processo (Park et al. 2001PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. R. Estudo de secagem de pera Bartlett (Pyrus sp.) em fatias.Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 21, n. 3, p. 288-292, 2001.).

O coeficiente de difusão mássica (Def) é considerado importante propriedade de transporte, a qual compreende os efeitos de todos os fenômenos que possam vir a interferir na migração da água (Reis et al. 2011REIS, R. C. et al. Modelagem matemática da secagem de pimenta Cumari do Pará. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 15, n. 4, p. 347-353, 2011.).

A energia de ativação (Ea) é definida como a energia necessária para romper as barreiras que as moléculas de água encontram ao migrarem do interior para a superfície do alimento, durante o processo de desidratação (Sharma & Prasad 2004SHARMA, G. P; PRASAD, S. Effective moisture diffusivity of garlic cloves undergoing microwave-convective drying. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 65, n. 4, p. 609-617, 2004.).

O presente estudo objetivou caracterizar a cinética de secagem e avaliar o encolhimento de fatias de banana da variedade Terra (Musa sapientum, Linneo).

MATERIAL E MÉTODOS

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Engenharia e Processamento Agroindustrial da Universidade do Estado de Mato Grosso (Unemat), em Barra do Bugres (MT), de agosto de 2010 a outubro de 2011.

A matéria-prima foi adquirida de produtores da microrregião de Tangará da Serra (MT). As frutas, ao chegarem ao laboratório, foram higienizadas, descascadas e fatiadas (fatiador Kenmore, modelo nº Z3036, com espessura de 1 mm).

Os ensaios de secagem foram realizados em duplicatas, utilizando-se secador descontínuo de bandejas, em escala de bancada, com temperaturas do ar de secagem de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC e velocidade de 1 m s-1, garantindo que a resistência à transferência de massa fosse controlada pela migração de água, no interior do material. As fatias foram colocadas em bandejas inoxidáveis de fundo maciço, as quais foram devidamente pintadas de preto, para facilitar a captura de imagens.

Para a realização das pesagens, foi utilizada balança eletrônica semianalítica (OHAUS Modelo AR3130), com precisão de 0,01 g. A aquisição dos valores dos diâmetros foi realizada utilizando-se paquímetro digital (marca Starrett), com precisão de 0,001 mm. Já para a obtenção das imagens, foi utilizada uma câmara CCD profissional (marca NITRIX, lente para CFTV de 3,5-8,0 mm).

As amostras foram retiradas do secador, para verificações de pesos e medidas, sendo, inicialmente, realizadas em intervalos de 15 minutos, nas primeiras 3 horas, e, posteriormente, de 30 minutos, até completar o período de 12 horas de secagem. Após 12 horas, para as amostras desidratadas a 40 ºC, continuou-se a pesagem, até peso constante, enquanto, para as amos-tras desidratadas a 50 ºC e 60 ºC, foram realizadas pesagens em intervalos de 2 horas, até peso constante.

Durante o processo de secagem, a razão de umidade é essencial para descrever os diferentes modelos matemáticos (Roca et al. 2008ROCA, E. et al. Effective moisture diffusivity modelling versus food structure and hygroscopicity. Food Chemistry, Montpellier, v. 106, n. 4, p. 1428-1437, 2008.). Sendo assim, a razão de umidade (RU), durante a secagem, nas diferentes condições de ar, foi determinada por meio da expressão RU = (U* - Ue*)/ (Ui* - Ue*), em que RU = razão de umidade do produto, adimensional; U* = teor de água do produto (b.s.); Ue* = teor de água de equilíbrio do produto (b.s.); Ui* = teor de água inicial do produto (b.s.).

São muitos os modelos matemáticos empíricos utilizados por pesquisadores para predizer o fenômeno da secagem de produtos agrícolas (Afonso Júnior & Corrêa 1999AFONSO JÚNIOR, P. C.; CORRÊA, P. C. Comparação de modelos matemáticos para descrição da cinética de secagem em camada fina de sementes de feijão. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 3, n. 3, p. 349-353, 1999., Akpinar et el. 2003AKPINAR, E. K.; BICER, Y.; YILDIZ, C. Thin layer drying of red pepper. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 59, n. 1, p. 99-104, 2003., Ertekin & Yaldiz 2004ERTEKIN, C.; YALDIZ, O. Drying of eggplant and selection of a suitable thin layer drying model. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 63, n. 3, p. 349-359, 2004., Lahsasni et al. 2004LAHSASNI, S. et al. Drying kinetcs of prickly pear fruit (Opuntia ficus indica). Journal of Food Engineering, Oxford, v. 61, n. 2, p. 173-179, 2004.). A Tabela 1 apresenta os modelos utilizados neste estudo.

Tabela 1
Modelos matemáticos utilizados para estimar as curvas de secagem

O encolhimento (S) é frequentemente representado pela equação S = V/ V0, que relaciona o volume de uma amostra a um determinado tempo de secagem e o volume da amostra no tempo inicial, representando uma alteração dimensional do volume, área e espessura, sendo S = encolhimento (adimensional); V = volume da amostra em um determinado tempo (m3); V0 = volume inicial da amostra (m3).

Os volumes iniciais e de equilíbrio foram obtidos multiplicando-se a área planimetrada pela espessura (L0) da amostra, a qual se manteve a 1 mm, durante todo o processo de secagem. Utilizando-se a média dos três diâmetros (Figura 1a) aferidos com paquímetro digital, foi determinada a área das amostras.

Figura 1
Coordenadas aferidas para a obtenção dos volumes das amostras (a), sendo L a espessura da fatia e A, B e C os diâmetros aferidos, e aparato experimental para captura das imagens (b).

As imagens foram captadas por meio de uma estrutura experimental (Figura 1b). O software Matlab® converteu as imagens, reconhecendo apenas as escalas de cores preto e branco, sendo a cor branca referente à fatia do fruto, gerando, em seguida, os valores da área das fatias, no decorrer do processo de secagem.

Para predizer o fenômeno do encolhimento, durante a secagem, utilizaram-se equações (Tabela 2) empíricas lineares e não lineares, ajustadas aos dados experimentais por meio de regressões matemáticas.

Tabela 2
Modelos matemáticos utilizados para estimar o encolhimento, durante a secagem

Para o ajuste dos modelos matemáticos de secagem e encolhimento, foram realizadas análises de regressão não linear, pelo método Gauss-Newton. O grau de ajuste de cada modelo considerou a magnitude do coeficiente de determinação (R2), do desvio padrão da estimativa (SE) e do erro médio relativo (P). O erro médio relativo e o desvio padrão da estimativa, para cada um dos modelos de secagem e encolhimento, foram calculados conforme as expressões abaixo, respectivamente:

em que Y = valor observado experimentalmente; Ŷ = valor predito pelo modelo; n = número de observações experimentais; GLR = grau de liberdade do modelo (número de observações menos o número de parâmetros do modelo).

Os valores de difusividade efetiva média de umidade foram determinados por meio da solução analítica da Lei de Fick, para a difusão de água líquida em um sólido, levando-se em consideração as condições do material em análise, conforme a seguinte equação:

em que L0 = espessura da camada de produto; n = número de termos; Def = difusividade efetiva; t = tempo de secagem.

A difusividade efetiva, considerando-se o encolhimento, foi determinada substituindo-se a razão de umidade do produto pela concentração de umidade (Park 1987PARK, K. J. Estudo comparativo do coeficiente de difusão sem e com encolhimento durante a secagem. 1987. 54 f. Tese (Livre Docência em Fenômenos de Transporte) - Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1987.), como se segue:

sendo C = concentração de umidade, X/V(g H2O g-1 ms-1 m-3); Ce = concentração de umidade de equilíbrio, Xe/Ve (g H2O g-1 ms-1 m-3); C0 = concentração de umidade inicial, X0/V0 (g H2O g-1 ms-1 m-3); n = número de termos.

A energia de ativação (Ea) foi obtida a partir da dependência da difusividade efetiva (Def) com a temperatura, pela seguinte equação, do tipo Arrhenius:

em que D0 = constante, m2 s-1; Ea = energia de ativação, J mol-1; R = constante universal dos gases, 8,314 J mol-1 K-1; T = temperatura absoluta, K.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Apresentam-se, na Figura 2, as curvas de secagem para as fatias de banana variedade Terra, às temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC.

Figura 2
Curva de razão de umidade (RU), em função do tempo, para as secagens às temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC (Barra do Bugres, MT, 2011).

Analisando-se as curvas de razão de umidade (RU), percebe-se que o aumento da temperatura favorece o processo de transferência de energia na forma de calor para as amostras, diminuindo, consequentemente, o tempo necessário para o sólido atingir o equilíbrio dinâmico. O mesmo comportamento foi observado por Kaleemullah & Kailappan (2006)KALEEMULLAH, S.; KAILAPPAN, R. Modelling of thin-layer drying kinetics of red chillies. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 76, n. 4, p. 531-537, 2006., Doymaz (2007)DOYMAZ, I. Air-drying characteristics of tomatoes. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 78, n. 4, p. 1291-1297, 2007. e Wang et al. (2007)WANG, Z. et al. Mathematical modeling on hot air drying of thin layer apple pomace. Received Food Research International, Beijing, v. 40, n. 1, p. 39-46, 2007., estudando, respectivamente, as cinéticas de secagem de pimenta vermelha, feijão verde e maçã.

Na Tabela 3, são apresentados os valores dos coeficientes de determinação (R2, %), erro médio estimado (SE, decimal) e erro médio relativo (P, %), para os quatro modelos analisados para a secagen da matriz experimental.

Tabela 3
Valores do coeficiente de determinação (R2), desvio padrão da estimativa (SE) e erro médio relativo (P) calculados para a verificação de ajuste dos modelos matemáticos aos valores experimentais obtidos nas secagens a 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC (Barra do Bugres, MT, 2011)

Os modelos Midilli & Kucuk e Thompson apresentaram ajustes com elevados coeficientes de determinação (R2), superiores a 99 %, e baixo erro médio relativo (P), ou seja, valores inferiores a 10 %, e baixo desvio padrão da estimativa (inferiores a 0,020) (Tabela 3). Segundo Goneli et al. (2009)GONELI, A. L. D. et al. Cinética de secagem dos grãos de café descascados em camada delgada. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, n. 11, p. 74-80, 2009., tais resultados indicam uma representação satisfatória do processo de secagem.

Apesar de o modelo de Thompson ser adequado para a representação da cinética de secagem de fatias de banana variedade Terra, o modelo de Midilli & Kucuk foi o escolhido, devido à facilidade de sua aplicação (Gurjão 2006GURJÃO, K. C. O. Desenvolvimento, armazenamento e secagem de tamarindo (Tamarindus indica L.). 2006. 165 f. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Federal da Paraíba, Areia, 2006.). Resultado semelhante foi observado por Wang et al. (2007)WANG, Z. et al. Mathematical modeling on hot air drying of thin layer apple pomace. Received Food Research International, Beijing, v. 40, n. 1, p. 39-46, 2007., Menges & Ertekin (2006)MENGES, H. O.; ERTEKIN, C. Mathematical modeling of thin layer drying of Golden apples. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 77, n. 1, p. 119-125, 2006., Sacilik & Konuralp (2006)SACILIK, K.; KONURALP, A. E. The thin layer drying characteristics of organic apple slices. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 73, n. 3, p. 281-289, 2006. e Gurjão (2006)GURJÃO, K. C. O. Desenvolvimento, armazenamento e secagem de tamarindo (Tamarindus indica L.). 2006. 165 f. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Federal da Paraíba, Areia, 2006., os quais analisaram, respectivamente, a cinética de secagem de maçã, maçã variedade ouro, tomate orgânico e polpa de tamarindo.

Analisado-se os parâmetros estimados (Tabela 4), observa-se que a magnitude da constante de secagem (k) para o modelo de Midilli & Kucuk, que representa o efeito das condições externas de secagem, aumenta com a elevação da temperatura de secagem.

Tabela 4
Parâmetros obtidos do modelo de Midilli & Kucuk, ajustados aos dados de secagem de banana variedade Terra, para as temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC (Barra do Bugres, MT, 2011)

O parâmetro k aumentou com a elevação da temperatura do ar de secagem, pois, quanto maior a temperatura de secagem, mais facilidade o alimento terá em perder água livre. O mesmo ocorreu com o parâmetro n. Já os parâmetros A e B são constantes do modelo e não possuem significado físico.

Resultado semelhante foi encontrado por Menges & Ertekin (2006)MENGES, H. O.; ERTEKIN, C. Mathematical modeling of thin layer drying of Golden apples. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 77, n. 1, p. 119-125, 2006., Wang et al. (2007)WANG, Z. et al. Mathematical modeling on hot air drying of thin layer apple pomace. Received Food Research International, Beijing, v. 40, n. 1, p. 39-46, 2007., Park et al. (2001)PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. R. Estudo de secagem de pera Bartlett (Pyrus sp.) em fatias.Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 21, n. 3, p. 288-292, 2001. e Akpinar et al. (2003)AKPINAR, E. K.; BICER, Y.; YILDIZ, C. Thin layer drying of red pepper. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 59, n. 1, p. 99-104, 2003., ao estudarem, respectivamente, a secagem de maçã dourada, pol-pa de maçã, pera e pimentão. Segundo Babalis & Belessiotis (2004)BABALIS, S. J.; BELESSIOTIS, V. G. Influence of the drying conditions on the drying constants and moisture diffusivity during the thin-layer drying of figs. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 65, n. 3, p. 449-58, 2004., a constante de secagem (k) pode ser utilizada como aproximação para caracterizar o efeito da temperatura na difusividade efetiva de umidade, no processo de secagem.

Os valores dos coeficientes de determinação (R2), desvio padrão da estimativa (SE) e erro médio relativo (P) dos modelos matemáticos de encolhimento podem ser observados na Tabela 5.

Tabela 5
Valores dos coeficientes de determinação (R2), desvio padrão da estimativa (SE) e erros médios relativos (P) calculados para a verificação do ajuste dos modelos matemáticos de encolhimento (Barra do Bugres, MT, 2011)

Pode-se verificar, na Tabela 4, que todos os modelos matemáticos para o encolhimento obtiveram adequado ajuste aos dados experimentais, pois apresentaram elevados coeficientes de determinação (R2), baixo erro médio relativo (P) e baixo desvio padrão da estimativa (SE). Porém, o modelo de Ratti, por ser uma equação não linear e com maior número de parâmetros, apresenta ajuste com maior R2, menor P e menor SE, em relação aos demais modelos, estando de acordo com os resultados encontrados por Goneli et al. (2009)GONELI, A. L. D. et al. Cinética de secagem dos grãos de café descascados em camada delgada. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, n. 11, p. 74-80, 2009.. Segundo os autores, tais resultados indicam uma representação satisfatória para o processo de encolhimento.

Diante dos parâmetros do modelo de Ratti (Tabela 6), pode-se verificar a dependência do encolhimento ao teor de umidade, sendo ela um polinômio de terceira ordem, ou seja, na primeira etapa de secagem, o encolhimento tem uma dependência linear com a remoção de água. Posteriormente, a quantidade de água vai diminuindo e a temperatura de transição vítrea (Tg) aumenta e, com isso, o material passa de um estado elástico (etapa linear) para um estado inteiramente rígido e não flexível, diminuindo, assim, a razão de encolhimento (dependência polinomial), até atingir a umidade de equilíbrio (Lopes 2013LOPES, F. J. Estudo do fenômeno de encolhimento na secagem convectiva de abacaxi com aplicação de micro-ondas. 2013. 143 f. Dissertação (Mestrado em Produção Vegetal) - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes, 2013.). Ochoa et al. (2007)OCHOA, M. R. et. al. Analysis of shrinkage phenomenon of whole sweet cherry fruits (Prunus avium) during convective dehydration with very simple models. Journal of Food Engineering, Oxford, v. 79, n. 2, p. 657-661, 2007., ao analisarem o fenômeno do encolhimento de frutos de cereja doce inteiros, observaram o mesmo comportamento.

Tabela 6
Parâmetros obtidos para o modelo de Ratti, ajustados aos dados experimentais obtidos nas secagens a 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC (Barra do Bugres, MT, 2011)

Isso pode ser verificado na Figura 3, onde são apresentados os valores observados para encolhimento (S) da massa, em função da razão de umidade adimensional, para o modelo de Ratti.

Figura 3
Valores observados para o encolhimento de fatias de banana variedade Terra submetidas a secagem às temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, para o modelo de Ratti (Barra do Bugres, MT, 2011).

Além da redução da área, a secagem conferiu coloração característica às amostras, possivelmente devido à concentração de solutos e à reação de Maillard (Celestino 2010CELESTINO, S. M. C. Princípios de secagem de alimentos. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2010.).

Com os valores médios dos volumes iniciais (V0) e dos volumes de equilíbrio (Ve), para as amostras de fatias de banana variedade Terra, foi possível calcular a redução do volume (RV), sendo este expresso em percentual, bem como os valores obtidos por meio do software (Tabela 7).

Tabela 7
Valores dos volumes iniciais, de equilíbrio e redução do volume (RV), com dados aferidos por paquímetro(1) e captados por imagens(2), para as temperaturas estudadas (Barra do Bugres, MT, 2011)

Pode-se verificar, na Tabela 7, que a redução do volume (RV) apresentou comportamento inversamente proporcional, em relação à temperatura. Segundo Park et al. (2001)PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. R. Estudo de secagem de pera Bartlett (Pyrus sp.) em fatias.Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 21, n. 3, p. 288-292, 2001., tal fenômeno ocorre devido à redução rápida do teor de umidade sob altas temperaturas, o que ocasiona rápida transição do estado elástico para o estado vítreo, acarretando redução na taxa de encolhimento.

A diferença entre a variação das Def encontradas durante o processo de secagem da banana pode ter ocorrido pelo fato de que a captura dos dados pela imagem leva em consideração toda a área da fatia (Tabela 8). Já quando se aferem os dados com paquímetro, em três diferentes posições, pode ocorrer erro, pois o encolhimento da fatia não é uniforme.

Tabela 8
Valores de difusividade mássica estimados pelo modelo difusional com e sem a consideração do encolhimento (Barra do Bugres, MT, 2011)

A influência do encolhimento nos valores de difusividade mássica pode ser verificada devido à variação da redução de difusividade (RD), que foi de 10,04-23,04 % (paquímetro) e 12,47-23,94 % (imagem).

Os valores encontrados para a energia de ativação (Ea) foram de 24,07 kJ mol-1, sem considerar

o encolhimento, e de 30,71 kJ mol-1 e 30,17 kJ mol-1, utilizando-se os valores de difusividade com o fenômeno do encolhimento com resultados dos dados do paquímetro e imagem, respectivamente. Ou seja, considerando-se o encolhimento, a energia de ativação sofreu aumento de, aproximadamente, 20 %. Tais valores encontram-se dentro da faixa apresentada como aceitável por Zogzas et al. (1996)ZOGZAS, N. P.; MAUROULIS, Z. B.; MARINOSKOURIS, D. Moisture diffusivity data compilation in foodstuffs. Drying Technology, Athens, v. 14, n. 10, p. 2225-2253, 1996., para produtos agrícolas, que varia de 12,7 kJ mol-1 a 110 kJ mol-1.

CONCLUSÕES

  1. A temperatura influencia no processo de secagem, pois, quanto maior a temperatura de secagem, mais rápido a banana atinge seu equilíbrio termodinâmico.

  2. A redução de volume apresenta comportamento inversamente proporcional, em relação às temperaturas estudadas.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    Apr-Jun 2015

Histórico

  • Recebido
    Jun 2014
  • Aceito
    Abr 2015
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