MODELAGEM DAS ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DA ÁGUA DA FARINHA DE CAÑIHUA (Chenopodium pallidicaule)

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Alimentos

Autores

Cruz, M.M.O. (UFMA) ; Junior, J.M.S. (UFMA) ; Chaves, M. (UFMA) ; Pumacahua Ramos, A. (UNIQ) ; Villa Vélez, H.A. (UFMA)

Resumo

As isotermas de sorção de água são ferramentas usadas para determinar condições de armazenamento e descrever a interação água-componente dos alimentos. Assim, o presente trabalho tem como objetivo modelar as isotermas de adsorção da água da farinha de cañihua (Chenopodium pallidicaule) em função da atividade de água e temperatura. Para isto, usou-se o método estático gravimétrico onde foram obtidas diferentes atividades de água (aw) empregando soluções de H2SO4 nas concentrações de 30 a 80 % e nas temperaturas de 30 a 60 °C. Os modelos teóricos de monocamada e empíricos foram empregados para modelar os valores experimentais da umidade de equilíbrio em função de aw. Os resultados mostram isotermas para produtos com baixo teor de água, onde o modelo de Henderson foi o mais representativo.

Palavras chaves

cereais; regressão não linear; umidade de equilíbrio

Introdução

A cañihua (Chenopodium pallidicaule) é uma planta considerada um pseudocereal, cultivada na região dos Andes do Peru e da Bolívia. O grão de apresenta um alto teor de amido, proteínas de alta qualidade (15 – 19,3 %), carboidratos (63 – 66 %), fibras dietéticas (18 – 25%), ferro, cálcio, açucares e antioxidantes (REPO-CARRASCO-VALENCIA et al, p. 128, 2010). De maneira similar à maioria dos produtos da indústria agrícola, os diferentes componentes orgânicos presentes na cañihua encontram-se misturados com a água interna do material. Esse fato induz a aplicação de métodos de conservação e desidratação, que oferecem facilidade de transporte, concentração de nutrientes e processamento contínuo. O teor de umidade final é uma informação indispensável para modelar e modificar a escala de equipamentos em nível industrial e, devido à complexidade dos alimentos, a relação que existe entre o teor de umidade de equilíbrio e a atividade de água dos alimentos é amplamente pesquisada (AL-MUHTASEB; MCMINN; MAGEE, p. 297, 2004). A atividade de água é a medida do estado de saturação da água em um sistema a qual é uma propriedade que não depende da quantidade de amostra. Umidade por sua vez é a quantidade de água presente em uma amostra sobre base seca ou úmida, uma propriedade extensiva que depende da quantidade de amostra (PARK et al, p. 73, 2001; SING, p. 603, 1985; VILLA- VÉLEZ et al, p. 1, 2012). O conhecimento das isotermas de sorção é imprescindível para determinar as melhores condições de conservação dos alimentos, sendo modelos teóricos e empíricos são empregados para relacionar a umidade de equilíbrio com a atividade de água através de coeficientes com uma função da temperatura. Assim, o presente trabalho tem como objetivo modelar as isotermas de adsorção da farinha de cañihua.

Material e métodos

A farinha de cañihua foi obtida em um mercado local na cidade de Juliaca, Perú. O produto foi transportado e mantido sob umidade e temperatura controlada até o início do experimento. No Laboratório de Ensino e Pesquisa do curso de Engenharia Química (LEPEQ- UFMA) preparou-se 100 mL das soluções de ácido sulfúrico nas concentrações de 30, 40, 50, 60, 70 e 80% (PENG et al, p. 562, 2017). Cada solução foi transferida para frascos de vidro hermeticamente fechados e acondicionada corretamente. Pesou-se 1g da farinha em balança semi-analítica (modelo BL 320, SHIMADZU, Japão) totalizando 18 amostras de forma que foram colocadas 3 amostras de 1g da farinha em cada um dos frascos com as soluções do ácido no fundo. Em seguida, os frascos contendo as amostras foram colocados em uma incubadora B.O.D. (modelo SP-500, SPLabor, Brasil) às temperaturas de 30, 45 e 60 °C. As amostras foram pesadas em intervalos regulares de tempo de 2 dias até que o peso se estabilizasse em valor constante. Os resultados da umidade de equilíbrio às diferentes atividades de água e temperatura foram expressos em base seca “b.s.”. Na simulação dos dados experimentais das isotermas de adsorção, foram empregados os modelos derivados da teoria da camada fina conforme referenciado pelos autores (PUMACAHUA-RAMOS et al., p. 409, 2016; TIMMERMANN et al, p 19, 2001; RIZVI, p. 340, 2005). A validação estatística do melhor modelo foi realizada a partir da análise dos coeficientes de determinação (R2) e a raiz quadrática do erro médio relativo (RMSE) (SABLANI; BAIK; MARCOTTE, p. 299, 2002).

Resultado e discussão

A Tabela 1 apresenta os parâmetros e os erros estimados para os modelos matemáticos utilizados na modelagem das isotermas de adsorção de água. Observando os parâmetros de ajuste e os valores estatísticos estimados para os 4 modelos matemáticos: o modelo teórico de BET, e os modelos empíricos de Oswin, Henderson e Halsey, calculados para as temperaturas de 30, 45 e 60°C, pode-se determinar que o modelo de Henderson apresentou o melhor ajuste, com valores de R2 > 0,958 e RMSE < 0,004 como indicado na Tabela 1, dessa forma o modelo de Henderson é o que melhor representa as isotermas de adsorção de água em relação aos dados obtidos experimentalmente, por apresentar o menor erro e melhor coeficiente de determinação. A Figura 1 mostra o conteúdo de umidade de equilíbrio variando de 0,001 a 0,077 kg/kg, b.s., para a faixa de atividade de água considerada, de 0,000 a 0,760. Os dados das isotermas de adsorção da farinha de cañihua indicam características de produtos com baixo conteúdo de água, em altos níveis de atividade de água (curvas tipo V) (BRUNAUER et al., 1940; BARBOSA-CÁNOVAS et al., 2007). Além disso, foi observado um incremento do conteúdo de umidade de equilíbrio quando a atividade de água aumenta e, para cada nível de atividade de água foi observado uma diminuição do conteúdo de umidade de equilíbrio quando a temperatura aumenta. Este material está composto em sua maioria por carboidratos e, a baixas temperaturas, quando a pressão de saturação é pequena no sistema, favorece que os produtos tenham melhor capacidade de absorção de água (PRACHAYAWARAKORN et al., 2002; AL-MUHTASEB; MCMINN; MAGEE, 2004).

Valores experimentais da umidade de equilíbrio da farinha de cañihua em função da atividade de água modelados utilizando o modelo de Henderson.


Resultados dos parâmetros da simulação das isotermas de adsorção de farinha de cañihua

Conclusões

A partir dos dados experimentais coletados em laboratório que possibilitaram a construção e análise das isotermas de adsorção da farinha de cañihua, e de acordo com os modelos matemáticos utilizados no estudo, pode-se concluir que o melhor ajuste para os parâmetros foi observado no modelo de Henderson com o menor erro médio relativo e o melhor coeficiente de determinação. Assim, por meio de uma análise entre as isotermas à diferentes temperaturas, observou-se maiores aumentos da umidade de equilíbrio em função da atividade de água para a temperatura de 30°C.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) pelo financiamento ao projeto de pesquisa (proces

Referências

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PARK, K. J.; BIN, A.; BROD, F. P. R. Obtenção das isotermas de sorção e modelagem matemática para a pêra bartlett (Pyrus sp.) com e sem desidratação osmótica. Food Science and Technology, v. 21, 73–77, 2001.
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