PROCESSO DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA DURANTE A SECAGEM CONVECTIVA EM LEITO FIXO DA BANANA VERDE (Musa SPP.)

Autores

Souza Figueiredo, L. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Olímpio Carvalho Santos, A. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Victória da Silva Lima, J. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Anibal dos Anjos, G. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Oliveira Sousa Jesus, K. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Maciel Silva, E. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Oliveira Lima, J. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Lopes da Silva, F. (UEPA) ; Oliveira Lima, L. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR) ; Cesar Mano Mesquita, E. (INSTITUTO DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MAR)

Resumo

A banana (Musa spp.) pertencente à família Musaceae é uma das frutas mais consumidas no mundo, apresentando um elevado valor nutritivo. Por possuir um processo rápido de deterioração, torna-se difícil a sua comercialização na forma in natura quando se apresenta no estádio de maturação maduro. A utilização da secagem como forma de evitar estas perdas aparece como uma viável alternativa econômica. Por isso, este trabalho teve como objetivo avaliar a cinética de secagem da banana em leito fixo utilizando temperatura de 50 °C. A secagem foi realizada na temperatura do ar de 50ºC, para velocidade do ar de secagem de 1,5 m/s. O modelo de Newton foi bem ajustado à curva de secagem, com um bom valor de R2 (0,9995) e baixo SE (0,0027), contudo outras temperaturas devem ser avaliadas.

Palavras chaves

Difusividade efetiva; Leito fixo; Modelagem

Introdução

A banana (Musa spp.) pertencente à família Musaceae é uma das frutas mais consumidas no mundo, sendo explorada na maioria dos países tropicais. No Brasil, a banana é cultivada em todos os estados, desde a faixa litorânea até os planaltos (SILVA et al., 2005). A Região Nordeste é a maior produtora brasileira da referida fruta, com uma produção estimada de 2.372.763 toneladas em 2016 (TREICHEL et al., 2016). A banana é composta de 75% de água e 25% de matéria seca, sendo fonte de vitaminas (A, C, B1 e B2), carboidratos, proteínas, fibras e sais minerais, além de apresentar um teor regular de cálcio, potássio e ferro e possuir baixo quantidade de gorduras (SEBRAE, 2010). De acordo com Alves et al. (2011), a banana constitui uma importante fonte de nutriente, podendo ser consumida verde ou madura, crua ou processada. O Brasil destaca-se, como um dos maiores produtores mundiais de frutas, sendo a perda de produtos in natura estimada em torno de 50 % (PARANÁ, 2012), podendo estar relacionada à falta de tecnologias adequadas no estágio de pós-colheita: transporte e armazenamento. Isto ocorre quando tais frutas entram em estado de deterioração e/ou não se enquadram nos padrões de aceitabilidade do consumidor brasileiro. Além do mais, grande parte da colheita nacional se perde antes de chegar ao consumidor final (CARDENETTE, 2006). Em termos biológicos, a banana apresenta uma das maiores perdas na produção, devido ao seu elevado teor de umidade. Sendo extremamente perecível, pois não permite sua preservação através congelamento em face de facilitar o crescimento de microrganismos patogênicos. Uma alternativa viável para melhor aproveitamento da produção de bananas é a industrialização através de métodos como desidratação ou secagem visando à remoção total ou parcial, da água para um nível em que o crescimento microbiano seja minimizado, neutralizado ou eliminado totalmente (SENA, et al., 2022). A secagem é o processo comercial mais utilizado para preservar o alimento porque, comparado com outros métodos preservativos para períodos longos, como a centrifugação, o enlatamento, os tratamentos químicos, a irradiação, entre outros, é de custo mais baixo e de operação mais simples. Segundo Borges et. al. (2011), a secagem de banana é uma alternativa interessante para se reduzir as perdas do pós-colheita além de aumentar o valor de mercado deste insumo. De acordo com Garcia et al. (2004) a operação de secagem é fundamental no sistema de produção, por que além de reduzir a umidade, para permitir a conservação de sua qualidade fisiológica no armazenamento, possibilita a antecipação da colheita evitando perdas de natureza diversa. Ela consiste na remoção de grande parte de líquido de um produto por evaporação mediante a ação do calor, podendo realizar-se por meio natural expondo o produto ao sol e artificial por meio de secadores mecânicos. O presente artigo teve como objetiva avaliar o processo de transferência de massa e a secagem em leito fixo da banana verde (Musa Spp.).

Material e métodos

Matéria Prima A matéria-prima utilizada para a investigação da cinética de secagem foi a banana da variedade prata. As bananas foram adquiridas em estabelecimentos comerciais do município de Belém-PA em novembro de 2019 e transportadas para o Laboratório de Medidas Físicas da Universidade Federal do Pará (LAMEFI-UFPA). A matéria-prima em estágio de maturação verde, foi selecionada, submetida à lavagem em água corrente, posteriormente descascada e cortadas em rodelas de 0,3 mm de espessura. Caracterização Físico-Química da banana verde Na caracterização físico-química da banana verde foram realizadas as seguintes análises teor de água segundo o método 920.151 da AOAC (2000); teor de resíduo mineral fixo segundo o método da AOAC 930.05 (2000); teor de lipídeos conforme o método 948.22 da AOAC (2000); proteína total foi determinada pela metodologia da AOAC 950.48 (2000). Processo de Cinética de Secagem em Leito Fixo As bananas foram dispostas em bandejas removíveis com fundo telado para permitir a passagem do ar através da massa do produto, utilizando um secador tipo leito fixo, com circulação forçada de ar. A secagem foi realizada na temperatura do ar de 50º C, para velocidade do ar de secagem de 1,5 m/s. As medidas de temperatura do ar de secagem foram mensuradas por meio de um termômetro fixado na entrada da câmara de secagem. As bandejas foram pesadas em intervalos de 10 minutos, durante meia hora, posteriormente de 20 minutos, durante duas horas e vinte minutos, 30 minutos na última hora. A umidade do produto foi determinada no início da secagem. Determinação do Teor de Umidade A quantificação da água contida nas bananas foi realizada pelo método nº 925.10 da norma AOAC (1997), utilizando a secagem em estufa com circulação de ar forçada, na temperatura de 105 °C ± 5°C, baseado na remoção da água por aquecimento. As amostras foram colocadas em cadinhos de alumínio, com massas previamente determinadas, ficando em estufa até a secagem e peso constante. Determinação da Difusividade Efetiva de Umidade (DEFF) Foi realizado o cálculo da razão de umidade (MR) durante a secagem na temperatura de 50ºC. O coeficiente de difusão efetivo foi obtido por meio do ajuste do modelo matemático da difusão líquida, aos dados experimentais da secagem da banana verde. A equação é a solução analítica para a segunda lei de Fick, considerando-se a forma geométrica do produto cilíndrica. Para tempos longos de secagem considera-se i=1. Ajuste das Curvas de Secagem aos Modelos Matemáticos As curvas de secagem foram ajustadas em dez modelos matemáticos: Newton, Page, Page Modificado, Henderson e Pabis, Verna, Logarítmico, Midilli, Dois Termos, Dois Termos Exponencial e Aproximação da Difusão. Análise Estatística Os dados da secagem da banana verde foram realizados utilizando modelos de regressão lineares e não-lineares foi realizado com auxílio do programa Statistica® versão 7.0 (STATSOFT INC., 2004).

Resultado e discussão

Caracterização físico-química da banana verde A banana in natura apresentou teor de água abaixo do reportado por Silva (2016) em seu estudo obteve 78,04% de umidade e Santos et al. (2017) de 84, 10% de umidade, indicando que as condições climáticas influenciam nas características intrínsecas do fruto. O teor de cinzas foi superior àquele analisado por Silva et al. (2016) a análise da biomassa de banana verde apresentou valor de 1,16% de cinzas. Características como variedade do fruto, o tipo de adubação do solo pode contribuir para a constituição do fruto, principalmente quanto aos teores de minerais. O teor de lipídeos residual na banana o valor encontrado de 0,80% é superior ao obtido por Dinon et al. (2014) e Silva e Ramos (2009), foram encontrados um teor de lipídios de 0,16 e 0,73 % na biomassa de banana nanica e na banana prata, respectivamente. Quanto ao teor de proteína de 3,42%, o mesmo foi superior daquele obtido Dinon et al. (2014) encontraram para a biomassa de banana nanica verde um teor de 1,33 % de proteínas essa diferença pode ser justificada pelos aspectos da planta, como a variedade do fruto, clima, condições de solo. Cinética de Secagem A Figura 1A mostra o comportamento da curva de secagem da banana verde em temperatura de 50º C com velocidade do ar de secagem de 1,5 m/s. Como esperado, a curva mostrou-se decrescente quanto a umidade adimensional, com o passar do tempo. Os resultados obtidos mostram que a banana verde entrou em equilíbrio no tempo de 3 h e 50 minutos. Esse tempo foi curto devido a banana ter sido cortada em fatias com espessura de ± 3 mm. Outro fator observado foi o efeito significativo da temperatura sobre a curva de secagem, ou seja, com a temperatura de 50º C ocorreu a remoção de água do material, fato encontrado por diversos pesquisadores em trabalhos com secagem (RADÜNZ et al., 2010; KADAM et al., 2011). No estudo feito por Pontes et al. (2007), utilizando temperaturas de secagem em leito fixo de 60 e 70 °C, com velocidade do ar de secagem de 1,5 m/s sobre as frutas foi obtido um tempo de aproximadamente 24 e 21,5 h, respectivamente, para a banana da variedade prata e 24 e 20 h, respectivamente, para a banana da variedade terra. Tendo sido fixo o valor da temperatura em 50°, é perceptível através do gráfico uma rápida perda de umidade antes da estabilização e alcance do equilíbrio. A queda drástica de 0,8 para aproximadamente 0,35 de umidade relativa da fruta nos primeiros 50 minutos aponta como a mudança de temperatura a qual o material é exposto pode mudar toda a conformação físico química da mesma, confirmando-se ainda com a diminuição para 0,1 aos 100 minutos. Até alcançar o ponto estável de 0,0 MR a partir de 150 minutos. Difusividade Efetiva (DEF) A umidade e a difusividade da banana verde apresentaram os valores respectivamente 68,21±0,01 e 8,84x10-7, que representa o fluxo de água que sai do produto durante a secagem. Já Leite (2015) no processo de secagem de banana variedade terra; obteve as seguintes difusividades e 1,87x10−10, 4,57x10−10 e 8,05x10−10 m2 /s nas temperaturas de 30, 50 e 70 ºC respectivamente, tendo em vista que as moléculas de água na banana sofrem maior resistência ao sair do corpo devido a maior presença de massa, fazendo que a mesma seja mais ligada as moléculas que constituem a massa seca. A difusividade efetiva envolve qualquer efeito interno que a secagem causa aos alimentos, sendo influenciada pela umidade da matriz e a temperatura do ar empregado na secagem. Em estudo realizado por Madamba (2003) os valores do coeficiente de difusividade para matrizes alimentícias encontram-se em uma faixa que varia de 10-11 a 10-9 m2/s. Segundo Azoubel & Murr (2004), explicam que é difícil realizar a comparação de difusividades na literatura devido as várias maneiras de se calcular a mesma, além da variação da composição e estrutura física dos alimentos. Modelagem Na Tabela 1, é possível observar os valores de R2, X2, SE para os diferentes modelos matemáticos utilizados, bem como seus parâmetros. Todos os modelos apresentaram bons ajustes com destaque para o modelo de Newton, que melhor reproduziu a secagem da banana. O mesmo foi escolhido em virtude dos resultados, com R2 igual a 0,9995, 0,0027 para SE e X2 igual a 0,00012. O modelo de Newton permite o melhor ajuste em visto o menor número de parâmetros em comparação aos demais modelos. No estudo feito por Borges et al. (2010), com bananas prata e d’água, verificaram que o modelo exponencial foi bem ajustado às curvas de secagem (R2: 0,98-0,99, e baixos valores de SE) e de acordo com as constantes cinéticas apresentadas pelo modelo, recomendou-se a secagem de bananas a 50°C e velocidade do ar de 0,42 m/s. De acordo com Madamba et al. (1996) o coeficiente de determinação (R2), não constitui, sozinho, um bom critério para a seleção de modelos não lineares; para isto, os valores para o erro médio estimado (SE) foram considerados, pois o valor de SE indica um bom ajuste quando é próximo a 0 de acordo com Lomauro et al. (1985). Já Gonçalves et al. (2016) onde avaliou a secagem da casca e polpa da banana verde observou-se que os modelos Page, Henderson e Pabis, Midilli, ajustaram para todas as temperaturas com coeficientes (R2) acima de 95%. A partir do coeficiente de correlação linear, pode-se dizer que o modelo de Newton se adequou satisfatoriamente aos dados experimentais, apresentando um valor de R2 igual a 0,9993. A Figura 1B ilustra a curva de secagem proposta pelo modelo de Newton.

Figura 1. A-B


Tabela 1.

Conclusões

A partir desse estudo foi verificado que a cinética de secagem da banana verde, a temperatura de 50°C, foi bem ajustada em diferentes modelos, com destaque para o modelo de Newton que apresentou alto valor de R2 e baixo valor de SE podendo ser utilizado para fins preditivos.

Agradecimentos

Referências

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