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Marta Fernanda Zotarelli

PRODUO E CARACTERIZAO DE MANGADESIDRATADA EM P POR DIFERENTES PROCESSOS DE

SECAGEM

Tese de doutorado submetida aoPrograma de Ps-Graduao emEngenharia de Alimentos daUniversidade Federal de SantaCatarina como requisito parcial obteno do Grau de Doutor emEngenharia de Alimentos. rea deconcentrao: Desenvolvimento deProcessos da Indstria de Alimentos.Orientador: Prof. Dr. Joo BorgesLaurindo

Florianpolis2014.

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Folha de assinaturas

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AGRADECIMENTOS

Tantas so as pessoas que fazem parte de nossa jornada e

colaboram conosco para a obteno de conquistas como essa, mas pouco o espao fsico para poder agradec-las. Mesmo que eu no consigacitar o nome de todas as pessoas importantes, saibam que agradeo

profundamente a contribuio de cada uma. Por no ser possvel citartodas, destaco:

Deus! Pai, muito obrigada por tudo que tenho recebido debom na minha vida!

Ao meu orientador Dr. Joo Borges Laurindo, agradeo pelosensinamentos, pela excelente orientao durante o mestrado e odoutorado, pela pacincia e amizade, e por todas as oportunidades

proporcionadas de crescimento profissional.Aos demais professores do Departamento de Engenharia

Qumica e Engenharia de Alimentos em especial, ao prof. Bruno A. M.Carciofi pelas contribuies significativas para esse trabalho, para asdiscusses, elaborao dos artigos e pela amizade.

professora Dra. Miriam Dupas Hubinger por ter aberto asportas de seu laboratrio na UNICAMP, possibilitando a realizao de

uma parte experimental desse trabalho, contribuindo parao meucrescimento profissional e pessoal. Minha estadia em Campinaspossibilitou conhecer e fazer amizades com pessoas maravilhosas!Agradeo a todos os colegas e funcionrios do Laboratrio deEngenharia de Processos (LEP) pelas contribuies experimentais e pelaamizade. Em especial gostaria de destacar as amigas que tenho certezavou levar: Glucia Viera (Gal), Vanessa M. Silva (Vanessinha),Fernanda Yumi Ushikubo (Fezinha) e a Ana Clara Kawazoe Sato(Aninha).

Aos membros da banca, por aceitarem avaliar este trabalho epor suas sugestes.

Aos professores da Universidade Estadual de Maring, emespecial profa. Dra. Grasiele Scaramal Madrona e prof. Dr. BencioAlves Filho que sempre estiveram me incentivando.

A todos os colegas de laboratrio do Laboratrio dePropriedades Fsicas dos Alimentos(PROFI): muito obrigada a todosvocs pela amizade, companhia, auxlio e pelos bons momentos durantetodos esses anos!Em especial, gostaria de agradecer Angelise,Milene, Franciny, Darlene, Marieli, Barbara, ao Leno e aoGiustino pela amizade que tenho certeza que permanecer, pelas

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A mente que se abre a uma nova ideia jamaisvoltar ao seu tamanho original.

Albert Einstein

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RESUMO

O refractance window(RW) ou janela de refractncia um processo de

secagem desenvolvido com objetivo de produzir frutas e hortalias emp com qualidade superior e competir com as tecnologias atualmentedominantes, ou seja, a liofilizao, a secagem por atomizao (spraydrying SD) e a secagem em tambor (drum drying DD). No processode secagem por RW, o suco ou polpa espalhado na face superior deum filme de polister, que tem sua face inferior em contato com guaquente. O filme de polister utilizado parcialmente transparente radiao infravermelha (IV) emitida pela gua quente. Assim, os trsmodos transferncia de calor, conduo, conveco e radiao, esto

presentes nesse sistema de secagem. Sendo assim, o objetivo destetrabalho o estudo comparativo de diferentes processos de secagem e aobteno de manga desidratada em p com qualidade superior utilizandorefractance window, liofilizao e spray-drying como mtodos desecagem. Este estudo ser dividido em trs partes. A primeira parteconsiste na avaliao da transparncia do filme de mylar radiao IV edas cinticas de secagem da polpa utilizando diferentes temperaturas dagua de aquecimento (75, 85 e 95 oC) e diferentes espessuras da camada

de pur de manga (2, 3 e 5 mm). Para avaliar a importncia relativa datransferncia de calor por radiao da gua quente para a polpa demanga, o processo tambm foi realizado com o filme pintado de preto,

bloqueando a passagem da radiao IV originria da gua. Os resultadosdemonstraram que o filme mylarutilizado neste estudo foi transparenteem algumas bandas de comprimento de onda do espectro, dentro da

banda que caracteriza a radiao IV e o filme pintado foi opaco radiao. A polpa de manga seca por RW (filme de mylarno pintado)apresentou taxas de secagem superiores em relao secagem efetuada

com o filme de mylarpintado de preto, para as espessuras de camada de2 e 3 mm. Para as polpas espalhadas com 5 mm de espessura no houvediferena no tempo de secagem entre os dois processos. Na segunda

parte deste estudo foram caracterizados os ps de manga obtidos porRW, SD e liofilizao, por determinaes das massas especficas(aparente e absoluta), da microestrutura utilizando a microscopiaeletrnica de varredura (MEV), cor, isotermas de soro de umidade ediagramas de estado. Por fim, a ltima parte desse trabalho estrelacionada com a reidratao dos ps, e foram analisados o tempo dedisperso, o ngulo de contato dos ps e a solubilidade, e

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complementando esse estudo foi determinado o comportamentoreolgico das polpas reconstitudas.

Palavras chave:refractance window, liofilizao,spray-drying, cinticade secagem, caracterizao de ps, reidratao dos ps.

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ABSTRACT

The refractance window (RW) is drying processes developed with the

aim of producing fruit and vegetable powder with superior quality and tocompete with the currently dominant technologies, such as freezedrying, spray drying and drum drying. In RW drying process, the juiceor fruit pulp is spread on the upper surface of a polyester film, which hasits lower surface in contact with hot water. The polyester film used is

partially transparent to infrared radiation emitted by hot water.Therefore, the three modes of heat transfer, conduction, convection andradiation, are present in this drying system. Thus, there is a lack of

publications about the mechanisms of heat transfer and mass involved inRW drying. In this context, the aim of this work is to study the drying ofmango pulp by RW, spray drying and freeze drying and to characterizethe mango powder obtained by both processes. This study was dividedinto three parts. The first part consists in evaluating the transparency ofmylar film to infrared radiation and the drying kinetics of the pulp usingdifferent heating temperatures of the water (75, 85 and 95 oC) anddifferent thicknesses of mango pulp (2, 3 and 5 mm) layer. In order toevaluate the relative importance of heat transfer by radiation from the

hot water to the mango pulp, the process was also carried out with thefilm painted with black ink, blocking the passage of infrared radiationfrom the hot water. The results showed that the mylar film used in thisstudy was transparent in some wavelength bands of the spectrum withinthe band that characterizes the infrared radiation.The mango pulp dried

by RW (not painted mylar film) showed higher drying rates compared todrying with the black mylar painted, for the layer thicknesses of 2 to 3mm. For the pulps spread with 5 mm of thickness no difference indrying time between the two processes was observed. In the second part

of this study, the mango powders obtained by RW, spray drying andfreeze drying were characterized by analysis of density (apparent andabsolute), the microstructure using scanning electronic microscopy(SEM), color, moisture sorption isotherms and state diagrams. Finally,the last part of this work is related with the rehydration of the powders,for this purpose the wetting time, the contact angle and solubility wereanalyzed, and the rheological behavior of reconstituted pulps wasdetermined, for complementing the study.

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Key words:refractance window, freeze-drying, spray drying, powdercharacterization, powderrehydration.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1. Composio mdia da manga var. Tommy Atkins por 100

gramas da parte comestve......................................................................30Tabela 1.2. Modelos matemticos para o ajuste de isotermas de sorode alimentos............................................................................................36Tabela 1.3. Principais aplicaes industriais dospray dryer..................56Tabela 2.1. Taxas de secagem de polpa de manga por refractancewindowe secagem sobre filme opaco.....................................................85Tabela 2.2. Fluxo evaporativo do refractance window e da secagemsobre filme opaco, em diferentes condies experimentais...................89Tabela 3.1 Caracterizao da polpa de manga filtrada.........................111Tabela 3.2. Temperatura do produto, tempo de residncia e rendimentodurante a secagem de polpa por refractance window, porspray dryinge

por liofilizao......................................................................................112Tabela 3.3. Umidade, atividade de gua e higroscopicidade dos ps demanga obtidos por diferentes processos de secagem............................114Tabela 3.4. Valores do dimetro mdio dos ps de manga produzidos

por diferentes processos de secagem....................................................117Tabela 3.5. Massa especfica aparente, absoluta e porosidade do leito das

partculas de manga em p produzidas por diferentes processos desecagem.................................................................................................118Tabela 3.6. Parmetros de cor dos ps de manga obtidos por diferentes

processos de secagem com e sem a presena de maltodextrina...........123Tabela 3.7 Carotenoides totais da polpa e dos ps de manga obtidos

pelos diferentes processos de secagem.................................................125Tabela 3.8. Umidades de equilbrio dos ps de manga produzidos pordiferentes processos de secagem, com e sem agentes carreadores.......127Tabela 3.9. Parmetros estimados do modelo de GAB para polpa de

manga em p com e sem maltodextrina produzida por diferentesprocessos de secagem...........................................................................127Tabela 3.10. Parmetros estimados do modelo de Gordon-Taylor para os

ps de manga produzidos em diferentes processos..............................132Tabela 4.1 ngulo de contato entre os ps de manga e gua, tempomdio de disperso dos ps em gua e solubidade em gua. Os ps demanga obtidos por: refractance window(RW), refractance windowcommaltodextrina (RWM), liofilizao (FD),spray drying(SD) e porspraydryingcom maltodextrina (SDM)........................................................147

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Tabela 4.2. Parmetros de cor das polpas de manga reconstitudasobtidas por diferentes processos de secagem com e sem a presena demaltodextrina........................................................................................150

Tabela 4.3. Valores do dimetro mdio dos ps de manga produzidospor diferentes processos de secagem....................................................154Tabela 4.4. Parmetros do modelo de Herschel-Bulkley para as polpasde manga...............................................................................................156

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1. Isotermas tpicas de soro e dessoro de umidade em um

alimento. ................................................................................................ 35

Figura 1.2. Tipos de isotermas de soro. ............................................. 37

Figura 1.3. Estados em que podem encontrar-se os constituintes mais

importantes dos alimentos slidos em funo da temperatura (Tg a

temperatura de transio vtrea, Tm a temperatura de fuso e Tb a

temperatura de ebulio) ....................................................................... 39

Figura 1.4. Esquema da reconstituio de um aglomerado (solvel) em

uma soluo aquosa. .............................................................................. 42

Figura 1.5. Diferentes procedimentos de reidratao de um slido....... 43

Figura 1.6. Espectro eletromagntico .................................................... 47

Figura 1.7. Fenmenos envolvidos na incidncia de uma radiao sobre

uma superfcie genrica. ........................................................................ 48

Figura 1.8. Poder emissivo espectral do corpo negro. ........................... 50

Figura 1.9.Curva tpica da taxa de secagem para condies constantes de

processo. ................................................................................................ 52

Figura 1.10. Secador de drum dryersimples. ....................................... 55

Figura 1.11. Esquema de umspray dryerde ciclo aberto, concorrente. 57

Figura 1.12. Esquema de um sistema de liofilizao............................. 59Figura 1.13. Esquema de um secador por refractance window............. 60

Figura 1.14. Fotografia do refractance window: (a) Viso externa -

modelo 1; (b) viso interna - modelo 5; (c) extrato de uva ................... 61

Figura 1.15.Dados da transmitncia espectral para os filmes de vinil

(VIN), mylar (MYL) e para o policarbonato (PLC) com 0.125, 0.13 e

1.22 mm, respectivamente (Adaptado de Meinel e Meinel, 1976). ...... 64

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Figura 1.16. Transmtncia total dos filmes de poliestileno,

polipropileno, policarbonato, tedlar, vinil, plstico acrlico, mylar,

kapton e fibra de vidro, com 5 mm de espessura em funo datemperatura da fonte radiante (Adaptada de Tsilingiris, 2003). .............65

Figura 2.1. Esquema do aparato experimental para a secagem por

refractance window. ...............................................................................78

Figura 2.2. Secagem de polpa de manga sobre filme opaco: polpa de

manga espalhada com camada de 3 mm (esquerda) e 5 mm (direita). ...80

Figura 2.3. Transmissividade dos filmesmylaroriginal (usado por

refractance window) e pintado com tinta preta (usado na secagem sobre

filme opaco). ..........................................................................................82

Figura 2.4. Curvas de secagem da polpa de manga por refractance

windowe por secagem sobre filme opaco. .............................................84

Figura 2.5. Esquema dos mecanismos de transferncia de calor presentes

na: (a) secagem por refractance windowe (b) sobre filme opaco. .........87

Figura 2.6. Esquema dos componentes de fluxo de energia radiante em

filme polimrico. ....................................................................................88

Figura 2.7.Termografia da polpa de manga durante o processo de

secagem por refractance windowcom temperatura da gua de 95 oC e

espessura da polpa de 2 mm. ..................................................................91

Figura 2.8. Termografia durante o processo de secagem da polpa de

manga durante a secagem sobre filme opaco com temperatura da gua

de 95 C e espessura da polpa de 2 mm. ................................................92

Figura 2.9. Perfis de temperatura da gua aquecida durante a secagem

por RW ( ) e por SFO ( ) e da polpa de manga RW ( ) eSFO

(). .........................................................................................................93

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Figura 3.1. Fluxograma dos processos de secagem utilizados para a

produo de manga desidratada em p. ............................................... 103

Figura 3.2.Problemas ocorridos durante a secagem porspray drying. (a)aderncia das partculas no interior da cmara de secagem; (b) deposio

do p no sistema que conecta a cmara de secagem ao ciclone. ......... 113

Figura 3.3.Distribuio do tamanho de partculas para as amostras de p

de manga produzidas a partir da polpa com e sem agentes carreadores

utilizando como processos de secagem o refractance window, spray

dryinge a liofilizao. ......................................................................... 116

Figura 3.4 Microscopias eletrnica de varredura com aumento de 300x

da polpa de manga secas por: (a) refractance window com adio de

maltodextrina (10DE); (b) refractance window; (c) spray drying com

maltodextrina (10DE); (e)spray drying; (f) liofilizao. .................... 120

Figura 3.5. Microscopia ptica dos ps de manga obtidos pelos

diferentes processos de secagem: (a) refractance window com

maltodextrina; (b) refractance window; (c) spray drying com

maltodextrina; (d) spray drying; (e) liofilizao; imagens com aumento

de 400x. ............................................................................................... 122

Figura 3.6. Fotografia dos ps de manga obtido por: (a) liofilizao

(FD); (b) spray drying com maltodextrina (SDM); (c) spray drying

(SD); (d) refractance window com maltodextrina (RWM) e (e)

refractance window(RW). .................................................................. 125

Figura 3.7. Isoterma de soro de umidade dos ps de manga produzidos

por diferentes processos de secagem ................................................... 128

Figura 3.8. Temperatura de transio vtrea em funo da frao de

slidos da manga em p obtida por: () refractance window, ()

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refractance window com maltodextrina; () spray drying e (*) spray

drying com maltodextrina. ................................................................... 131

Figura 3.9. Variao da temperatura de transio vtrea (linhahachurada) e da umidade de equilbrio (linha slida) em funo da

atividade de gua para ps de manga produzidos por: (a) refractance

window; (b) refractance windowcom maltodextrina; (c) spray dryinge

(d)spray dryingcom maltodextrina. .................................................... 133

Figura 4.1. Fotografia do aparato utilizado para determinar o tempo de

molhagem. ............................................................................................ 144

Figura 4.2. ngulo de contato dos ps de manga obtidos por (a)

refractance window; (b) refractance window com maltodextrina; (c)

liofilizao (d)spray dryinge (e)spray dryingcom maltodextrina. ... 147

Figura 4.3. Fotografia dos ps e das polpas de manga reconstitudas: (a1)

polpa de manga reconstituda (FD); (a2) p de manga FD; (b1) Polpa de

manga (SDM); (b2) p de manga (SDM); (c1) polpa de manga

reconstituda (SD); (c2) p de manga (SD); (d1) polpa de manga (RWM);

(d2) p de manga (RWM); (e2) polpa de manga reconstituda (RW) e (e1)

p de manga (RW). .............................................................................. 152

Figura 4.4. Distribuio de tamanho de partculas da polpa de manga;

polpa de manga com 5 % de maltodextrina, e das polpas reconstitudas a

partir dos ps de mangas secos por refractance window, liofilizao e

spray drying, e da polpa com 5% com maltodextrina seca por

refractance windowespray drying. ..................................................... 153

Figura 4.5. Curvas de escoamento: (a) polpa de manga original; (b)

polpa de manga com maltodextrina; (c) polpa de manga reconstituda a

partir do p produzido por spray dyring (SD); (d) polpa de manga com

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maltodextrina reconstituda a partir do p produzido por spray dyring

(SDM).................................................................................................. 155

Figura 4.6. Curvas de escoamento da polpa de manga com e semmaltodextrina e das polpas reconstitudas a partir dos ps de manga

produzidos por diferentes processos de secagem. ............................... 156

Figura 4.7. Viscosidade aparente em funo da taxa de deformao, para

polpa de manga com e sem maltodextrina, e das polpas reconstitudas a

partir dos ps produzidos por diferentes processos de secagem .......... 157

Figura 4.8.Microscopia ptica das polpas de manga: (a) original; e

reconstitudas a partir dos ps produzidos por diferentes processos de

secagem: (b) liofilizao (FD); (c) refractance window (RW);

(d)refractance window com maltodextrina (RWM); (e)spray drying

(SD); (f) spray drying com maltodextrina; imagens com aumento de

100x. .................................................................................................... 159

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2.2.2 Dispositivo experimental utilizado para a secagem por refractancewindow................................................................................................... 77

2.2.3 Transmissividade dos filmes mylar...............................................782.2.4 Metodologia para a avaliao da cintica de secagem de polpa demanga por diferentes tcnicas................................................................78

2.2.5 Termografia...................................................................................80

2.2.6 Umidade........................................................................................81

2.2.7 Moagem.........................................................................................81

2.3 Resultados e discusso......................................................................82

2.3.1 Transmissividade dos filmes mylar...............................................82

2.3.2 Curvas de secagem........................................................................84

2.4 Consideraes finais.........................................................................94

2.5 Referncias bibliogrficas................................................................95

3. CARACTERIZAO DA MANGA DESIDRATADA EM POBTIDA POR REFRACTANCE WINDOW, SPRAY DRYING E

LIOFILIZAO..................................................................................99 3.1 Introduo.......................................................................................100

3.2 Material e mtodos.........................................................................102

3.2.1 Matria-prima..............................................................................102

3.2.2 Agente carreador.........................................................................103

3.2.3 Processos de secagem.................................................................103

3.2.4 Rendimento do processo de secagem..........................................104

3.2.5 Caracterizao.............................................................................104

3.2.6 Carotenoides totais......................................................................104

3.2.7 Higroscopicidade.........................................................................106

3.2.8 Distribuio do tamanho de partculas........................................106

3.2.9 Massa especfica aparente, absoluta e porosidade do leito de

partculas..............................................................................................107

3.2.10 Microscopia Eletrnica de Varredura.......................................107

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3.2.11 Microscopia tica......................................................................108

3.2.12 Cor.............................................................................................108

3.2.13 Anlise estatstica......................................................................1083.2.14 Isotermas de soro...................................................................108

3.2.15 Temperatura de transio vtrea................................................109

3.3 Resultados e discusso....................................................................110

3.3.1 Composio da matria-prima....................................................110

3.3.2 Secagem e caractersticas dos ps de manga..............................112

3.3.3 Distribuio do tamanho de partculas........................................115

3.3.4 Massa especfica aparente, absoluta e porosidade do leito daspartculas..............................................................................................118

3.3.5 Morfologia dos ps.....................................................................120

3.3.6 Cor...............................................................................................123

3.3.7 Carotenoides totais nos ps de manga........................................125

3.3.1 Isotermas de soro de umidade.................................................1263.3.2 Temperatura de transio vtrea..................................................131

3.4 Consideraes finais.......................................................................134

3.5 Referncias Bibliograficas..............................................................135

4. REIDRATAO DOS PS DE MANGA OBTIDOS PORREFRACTANCE WINDOW, SPRAY DRYING ELIOFILIZAO................................................................................141

4.1 Introduo.......................................................................................141

4.2 Material e mtodos.........................................................................142

4.2.1 Matria-prima e agente carreador...............................................142

4.2.2 Slidos solveis, umidade e atividade de gua...........................143

4.2.3 Ps de manga...............................................................................143

4.2.4 ngulo de contato.......................................................................1434.2.5 Solubilidade.143

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4.2.6 Tempo de disperso.....................................................................144

4.2.7 Reidratao..................................................................................144

4.2.8 Cor...............................................................................................1454.2.9 Distribuio do tamanho de partculas........................................145

4.2.10 Comportamento reolgico das polpas de mangareconstitudas........................................................................................145

4.2.11 Microscopia tica......................................................................146

4.3 Resultados......................................................................................146

4.3.3 Distribuio do tamanho das partculas das polpasreconstitudas........................................................................................152

4.3.4 Reologia......................................................................................154

4.4 Consideraes finais.......................................................................160

4.5 Referncias bibliogrficas..............................................................160

CONCLUSES FINAIS....................................................................163

PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS...........................165

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INTRODUO

O Brasil um dos maiores produtores de frutas do mundo,devido ao seu clima favorvel. Contudo, a maior parte destas frutas sazonal e no estado maduro apresentam alta perecibilidade, dificultandoa comercializao em sua forma in natura, resultando em considerveis

perdas ps-colheita. Uma alternativa para aproveitar a produoexcedente a secagem dessas frutas, que pode ser realizada com o

produto inteiro, em pedaos ou na forma de polpa ou suco, para aproduo de frutas em p. Frutas desidratadas so produtos prticos,com menores custos de transporte, fceis de armazenare usar emformulaes domsticas e industriais. Entretanto, devem ser desidratadas

por processos que mantenham boa parte de suas caractersticasnutricionais e sensoriais.

Os alimentos desidratados em p tm ganhado destaque nasindstrias, por serem ingredientes convenientes e seguros na formulaode diversos produtos, como sucos, bolos, mousses, sorvetes, cereaismatinais, maioneses. Alm disso, tm sido usados na substituio afarinha de trigo para formulao de produtos destinados s pessoas

celacas e como fontes de complexos vitamnicos para esportistas.A secagem um dos processos mais antigos de preservao dosalimentos e uma alternativa bastante vantajosa, a qual visa reduo dosteores de umidade dos produtos a nveis que dificultem o crescimentomicrobiano e o desenvolvimento de reaes fsico-qumicas. Muitos

processos de secagem tm sido empregados para a produo dealimentos em p, entre os quais se destaca a secagem por atomizao ou

spray drying. O princpio deste processo a pulverizao do lquido aser seco na cmara de secagem, produzindo inmeras gotculas e

aumentando a rea superficial. Essas gotculas entram em contato comuma corrente de ar aquecido, e por fim ocorre a evaporao do solventee a formao da partcula slida. Apesar de bastante utilizada, aatomizao apresenta algumas limitaes para a secagem de produtosricos em acar e cidos orgnicos, tais como frutas, hortalias, etc.Estes produtos apresentaram uma temperatura de transio vtrea baixa,

podendo provocar problemas operacionais devido adeso do produtonas paredes do secador, resultando em baixos rendimentos. Parasolucionar este tipo de inconveniente, geralmente so utilizados aditivosde alta massa molar, como as maltodextrinas que elevam a temperaturade transio vtrea (Bhandari, 2007).

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A liofilizao um processo que tem sido empregado para aobteno de alimentos desidratados (em pedaos ou lquidos) comqualidade superior. Na liofilizao a umidade removida por

sublimao e uma vez que so utilizadas baixas temperaturas, esteprocesso recomendado para produtos termos sensveis, sendo bastanteutilizado na indstria alimentcia e farmacutica. Entretanto, aliofilizao apresenta algumas desvantagens, como elevado custosoperacionais e longos tempos de processo.

O refractance window uma tecnologia recente e promissorapara produo de alimentos desidratados em filme e/ou p, na qual oproduto a ser seco, em forma de polpa ou pur, espalhado sobre umaesteira plstica que flutua sobre gua aquecida. Esta esteira composta

por um filme de polister transparente (mylar) radiao infravermelha,que no caso emitida pela gua aquecida. Desta maneira, neste processoesto presentes a radiao, a conduo e a conveco como mecanismosde transferncia de calor. Na literatura possvel encontrar a aplicaodeste processo na secagem de morango, abbora, cenoura, frutasvermelhas, aa, entre outros. Entretanto, pouca ou quase nenhumainformao a respeito da contribuio de cada mecanismo de energia natransferncia de calor est disponvel.

Sendo assim, o objetivo deste trabalho a obteno de ps demanga desidratado por refractance window e comparar o produto obtidocomo outros processos de secagem como a liofilizao espray-drying.

Os objetivos especficos so:

Desenvolver um dispositivo experimental para o estudo dasecagem por refractance windowem batelada.

Estudar a cintica de secagem dapolpa de manga porrefractance windowe avaliar a influncia das condies de

processo, fonte de radiao, temperatura da gua eespessura da camada de polpa na cintica da secagem.

Caracterizar os ps de manga desidratada pelos diferentesmtodos de secagem quanto : umidade, atividade de gua,cor, massa especfica aparente e absoluta,

porosidade,distribuio do tamanho de partculas,carotenoides totais, e morfologia das partculas;

Estudar a estabilidade dos ps de manga desidratados

atravs de isotermas de soro de umidade e de diagramasde estado.

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Avaliar a reidratao dos ps de manga obtidos pelosdiferentes processos de secagem utilizando anlises detempo de disperso, ngulo de contato e solubilidade, a cor

das polpas reconstitudas a partir dos ps e seucomportamento reolgico.

ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho est estruturado de maneira que os contedosabordados tenham uma sequncia lgica. Desta maneira os captulosforam divididos da seguinte forma:

Captulo 1 Reviso da Literatura;

Captulo 2 Estudo da transferncia de calor na secagem de polpade manga por refractance window, secagem sobre filme opaco;

Captulo 3 Caracterizao dos ps de polpa de manga obtidos porrefractance window, spray drying e liofilizao;

Captulo 4Reidratao dos ps de manga obtidos por refractancewindow, spray drying e liofilizao;

Captulo 5 Concluses finais e Propostas para trabalhos futuros.

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1.REVISO BIBLIOGRFICA

Neste captulo so abordados os temas, em tpicos, quesustentam esse trabalho. Sendo que no primeiro so apresentados os

principais aspectos relacionados com a matria-prima (manga var.Tommy Atkins). O segundo tpico trata de algumas caractersticas dosalimentos em p, como atividade de gua e isoterma, temperatura detransio vtrea, pegajosidade de alimentos em p e por fim a questo dareidratao desses produtos. No terceiro tpico apresentada umareviso sobre secagem de alimentos, incluindo os fundamentos datransferncia de calor e da secagem. No quarto tpico, complementandoo terceiro, so apresentados os principais processos empregados para a

produo de alimentos em p, como: o drum drying, ospray drying, aliofilizao e o refractance window, seus respectivos fundamentos ealgumas aplicaes. Por fim, os filmes polimricos so abordados com o

propsito de complementar o tpico anterior, sobre a secagem porrefractance window.

1.1Manga

A mangueira (Mangifera indica L.) pertence famliaAnacardiaceae e cultivada h mais de 4.000 anos. A rvore damangueira de grande porte, podendo chegar a at 30 metros de altura,com copa densa e frondosa (Cunha et al., 1994). originria do Sul dasia, mais precisamente da ndia e do arquiplago Malaio, de onde foidisseminada para outras partes do mundo, inclusive para as Amricas. Amanga classificada como um fruto climatrico, isto , completa amaturao mesmo depois de colhido.

As reas que mais se adaptam ao cultivo da mangueira so asque tm as estaes secas e chuvosas bem definidas. O perodo deestiagem deve ocorrer antes do florescimento, a fim de permitir orepouso vegetativo da planta, e prolongar-se at a frutificao. Aps este

perodo benfica a ocorrncia de chuva, para estimular odesenvolvimento dos frutos e impedir sua queda (Cunha et al., 1994). Asemeadura da manga no Brasil feita entre os meses de outubro emaro, perodo em que se concentra a colheita (Cunha et al., 1994; SoJos et al., 1996). O estgio de maturao no qual o fruto colhidodetermina sua qualidade e potencial de armazenamento (Cocozza,2003). O grau de maturao ideal para a colheita vai depender do tempo

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que o fruto levar para ser consumido ou industrializado. O critrio maisusado para determinar o ponto de colheita dos frutos a mudana de corda casca e da polpa. Entretanto, outros critrios tm sido usados para

estabelecer o ponto timo de colheita: resistncia da polpa presso de1,75 a 2,0 kgf/cm2, quantidade de slidos solveis totais, entre outros(Cunha et al., 1994).

Os principais constituintes da manga so gua, carboidratos,protenas e vitaminas, conforme pode ser observado na Tabela 1.1:

Tabela 1.1.Composio mdia da manga var. Tommy Atkins por 100gramas da parte comestvel.

Composio centesimal Valor por 100 gUmidade 83,7gEnergia 212 kJProtena 0,9 gLipdeos 0,2 gCarboidratos 12,8 gFibra Alimentar 2,1 gCinzas 0,3 gClcio 8 mg

Fonte: NEPA-UNICAMP (2006).

No Brasil, as principais variedades cultivadas em reascomerciais so a Tommy Atkins, Espada, Rosa, Haden, Palmer, Keitt,Van Dyke (So Jos et al., 1996).

1.2Manga variedade Tommy Atkins

Segundo estimativas da Empresa Brasileira de Pesquisa

Agropecuria -EMBRAPA, a produo brasileira de manga no ano de2010 foi de 1.118.911 toneladas, tornando o Brasil o stimo produtormundial desta fruta. No Brasil as regies nordeste e sudeste contribuemcom a produo nacional em 73% e 24%, respectivamente (EMBRAPA,2012).

Entre os anos de 1994 a 2005 a taxa anual do crescimento daproduo de manga no Vale do Rio So Francisco foi de 5,8%. Essecrescimento deve-se em grande parte ao uso de novas tecnologias, comoa induo floral, alm das condies climticas e irrigao, pela qual segarante a oferta de manga durante todo o ano. Essa tcnica asseguravantagem competitiva da produo do Nordeste em relao quela do

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Sudeste, visto que essa regio oferta a fruta entre os meses de outubro ejaneiro (MAPA, 2007).

No mundo, a manga uma das frutas tropicais mais produzidas,

dominando cerca de 40% da produo. Apesar da grande produo, amanga pouco comercializada quando comparada com a quantidade

produzida, principalmente devido s perdas ps-colheita querepresentam de 30 a 40% da produo mundial (FAO, 2009). Dessamaneira, a industrializao uma alternativa eficaz para oaproveitamento da produo excedente, alm de agregar valor ao

produto, podendo ser utilizada como matria-prima para a produo deoutros produtos.

Uma das variedades mais populares e apreciadas de manga aTommy Atkins. Essa variedade tem sua origem na Flrida, EUA, possuifruto de tamanho mdio para grande, com casca espessa, lisa,apresentando colorao atraente do laranja-amarelo ao vermelho-

brilhante e formato oval. A polpa firme, suculenta, com teor mdio defibras. uma das variedades de manga mais cultivadas mundialmente

para exportao. Apresenta facilidade para induo floral em pocaquente e alta produtividade (Cunha et al., 1994; Costa e Santos, 2004).

A manga da variedade Tommy Atkins a fruta que melhor

atende s exigncias do mercado internacional para consumo domstico,em razo de sua colorao avermelhada, que a torna mais atraente para oconsumidor, e de sua casca grossa, que a torna mais resistente aoarmazenamento e transporte. Cerca de 80% da plantao brasileira sodesta variedade de manga, vindo em seguida a manga tipo Haden, queocupa cerca de 10% das culturas da mangueira (MAPA, 2007).Dentre asreas brasileiras, a maior regio produtora a nordeste, com destaque

para o vale do So Franscisco, segundo dados da Embrapa, no ano de2010 aproximadamente 95% da rea total dos pomares daquela regio

foram destinados cultura.No Submdio So Francisco, onde socolhidos mais de 90% desta fruta exportada pelo Brasil, a variedadeocupa 95% dos 40 mil ha cultivados.

1.3

Produtos desidratados em p

Uma quantidade crescente de alimentos tem sido desenvolvida

e comercializada na forma de p. Tais produtos incluem caf,cappuccinos, achocolatados, leite, sopas, molhos, bolos, alimentosinfantis, entre outros. Esta tendncia est principalmente ligada com a

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convenincia oferecida pelos produtos em p, sua estabilidade qumica emicrobiolgica e a reduo dos custos de transporte e armazenamento(Forny et al., 2011). Segundo Vock (2012) o consumo de frutas in

natura tem decrescido ultimamente, tendo em vista que esses produtosso altamente perecveis, e que o estilo de vida dos consumidoresimpede a compra diria destes produtos. Alm disso, em nvel global, as

perdas ps-colheitas, desde o campo at o mercado consumidor,representam grandes prejuzos econmicos. Estas razes tm motivado

pesquisadores a desenvolver processos para a produo de frutas ehortalias em p. Esses produtos devem apresentar caractersticasdesejveis pelo consumidor, como boa capacidade de reidratao, cor earoma atrativos e serem nutricionalmente o mais prximo possvel dos

produtos in natura.A produo de alimentos em p pode ser realizada por

mtodos de secagem, moagem e cristalizao. Os processos de moagemso utilizados para matrias-primas slidas, por exemplo, a moagem degros de trigo para a produo de farinha e, por fim, a secagem centrada em alimentos com elevado teor de umidade. Aps a elaboraodas partculas, podem-se usar operaes complementares, comomisturas, encapsulao e aglomerao para obter funcionalidades

especficas e/ou agregar valor ao produto (Cuq et al., 2011). De formageral, o objetivo da produo de alimentos em p a sua diluio em umlquido para o consumo como uma bebida, ou misturados com outrosingredientes alimentcios, para formar suspenses, para uso domsticoou industrial. Por isso, uma das propriedades mais importantes dosalimentos desidratados em p seu comportamento quandoreconstitudos com gua ou com solues aquosas. Para osconsumidores, a reconstituio dos alimentos em p deve ser rpida ecompleta (Chen e zkan, 2007; Forny et al., 2011). A estabilidade dos

alimentos em p muito susceptvel s variaes ambientais, podendoocorrer fnomenos indesejveis, como colpaso,stickiness(pegajosidade)e/ou caking(empedramento), durante a produo e armazenamento.

Consequentemente, fundamental o conhecimento sobre osfatores que afetam a qualidade dos alimentos em p, bem como suamicroestrutura e composio, para evitar que reaes indesejadasocorram. Entretanto, este controle no uma questo trivial, uma vezque os alimentos em p so sistemas complexos, e que estabelecemdiferentes ligaes entre suas partculas e com o meio ambiente.

De forma geral, os alimentos so compostos por tomos decarbono (C), nitrognio (N), oxignio (O) e hidrognio (H) e a

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combinao destes tomos forma os quatro principais constituintes dosalimentos: gua, lipdios, carboidratos e protenas. A partir das relaesestabelecidas entre os tomos e as molculas, algumas propriedades

fsico-quimicas dos slidos podem ser definidas, como por exemplo, apolaridade e a organizao molecular (Cuq et al., 2011; Forny et al.,2011). As molculas podem ser hidrofbicas ou hidroflicas,dependendo de sua afinidade com a gua, e a orientao espacial dostomos e molculas tambm determina se a estrutura do slido amorfa,cristalina ou semicristalina (Bhandari, 2007).

Dessa forma, a disposio das molculas e suas interaesinterferem no comportamento dos ps quando armazenados emdeterminadas condies ambientais e, tambm quando reconsttuidoscom gua ou com solues aquosas (Chen e zkan, 2007; Cuq et al.,2011). Dentre as molculas presentes nos alimentos, a gua recebedestaque especial, uma vez que ela quem desencadeia as principaisreaes bioqumicas e microbiolgicas nos alimentos. Na sequncia seraprentada uma breve reviso sobre a gua nos alimentos.

1.3.1

Atividade de gua e isotermas de soro

A gua um dos componentes mais importantes nos alimentos.Em alimentos secos, com destaque para os ps, sua relao deve ser bemcompreendida, pois um dos principais fatores que podem prejudicar aqualidade e a vida til do produto final.

A gua livre dos alimentos a que est disponvel para ocrescimento de microrganismos, germinao de esporos e para a

participao em vrios tipos de reaes qumicas. O grau dedisponibilidade da gua num alimento pode ser expresso como atividadede gua (aw), que uma propriedade termodinmica, e sua expresso

pode ser obtida atravs da razo entre a presso de vapor da gua noalimento (ou no sistema) e a presso de vapor da gua pura mesmatemperatura (T), conforme a Equao 1.1(Fellows, 2000; Rahman,2008):

(1.1)TP

v

o

v

a

wP

Pa

,

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ondeaw a atividade de gua, a presso de vapor da gua no

alimento e a presso de vapor da gua pura.

A atividade de gua um dos fatores mais importantes para oprocessamento, conservao e armazenamento dos alimentos, uma vezque ela quantifica o grau de ligao da gua contida no produto e,consequentemente, sua disponibilidade para agir como solvente e

participar das transformaes qumicas, bioqumicas e microbiolgicas.Enquanto a temperatura, pH e outros fatores podem influenciar avelocidade de crescimento microbiano, a atividade de gua pode ser ofator mais importante no controle da deteriorao de produtos

desidratados (Fennema, 1996; Fellows, 2000; Jangam et al., 2010).A perda da qualidade comea a aumentar em aw> 0,3 para amaioria das reaes qumicas e para a maioria dos alimentos secos. Umaumento da atividade de gua de 0,1 diminui a vida de prateleira dosalimentos de duas a trs vezes. O crescimento microbiano afetado ematividades de gua abaixo de 0,9, enquanto que bolores e leveduras temseu crescimento afetado abaixo de 0,8. De modo geral, o limite inferior

para crescimento microbiano, para todos os microrganismos, aw< 0,6(Rahman, 2008).

As isotermas de soro mostram na forma grfica a variao daatividade de gua com a mudana do teor de umidade nas amostras auma temperatura especifca (Rahman, 2008; Kudra e Mujumdar, 2009).Diversos mtodos podem ser empregados para analisar a relao entre aatividade de gua e o teor de umidade do produto, sendo que o maisutilizado o acondicionamento do alimento em recipientes comsolues salinas saturadas, de atividades de gua conhecidas (Fellows,2000; Jangam et al., 2010). As isotermas de soro podem ser obtidas

pela reidratao de uma amostra seca (isotermas de adsoro), pela

secagem de uma amostra mida (dessoro) ou pela combinao dosdois mtodos (isotermas de trabalho), como apresentado na Figura 1.1.

v

a

v

o

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Figura 1.1.Isotermas tpicas de soro e dessoro de umidade em umalimento.

Fonte: adaptado de Fortes e Okos, (1980).

Na regio (A) da Figura 1.1 a gua est fortemente ligada e noest disponvel para reaes. Nesta regio, h essencialmente umamonocamada de adsoro de vapor de gua e no existe distino entre

as isotermas de adsoro e dessoro. Na regio (B) a gua est maisfracamente ligada devido ao seu confinamento em capilares menores.gua na regio (C) est mais livre e disponvel para as reaes e comosolvente (Jangam et al., 2010).

Um grande nmero de modelos matemticos tem sido propostosna literatura para as isotermas de soro de umidade em alimentos, osquais podem ser baseados em teorias sobre os mecanismos de soro ouserem puramente empricos e semi-empricos. Os modelos de BET(Modelo de Brunauer, Emmett, Teller) e GAB (Guggenheim-Anderson-de Boer) tm sido bastante utilizados, uma vez que so modelosrelativamente versteis e relacionam o processo de soro da gua comfenmenos fsicos e GAB abrange um range de awde at 0,9. Na Tabela1.2 esto apresentados alguns dos principais modelos utilizados namodelagem matemtica das isotermas de soro.

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Tabela 1.2.Modelos matemticos para o ajuste de isotermas de sorode alimentos.Modelo Equao

GAB (1.2)

BET (1.3)

HalseyB

waT

A

1

ln

(1.4)

Smith (1.5)

Oswin (1.6)

Peleg (1.7)

Fonte: Rahman, (2008).

em que,X a umidade (b.s.), Xm a umidade na monocamada (b.s.), T a temperatura (K),A,B,K1,K2, n1, n2so parmetros relacionados aosmodelos.

O modelo de GAB, apresentado na Equao(1.2),tem sidoaplicado com sucesso para vrios vegetais desidratados (Rahman,2008).As isotermas de soro de umidade podem ser classificadas emcinco tipos, de acordo com a variao do teor de umidade com aatividade de gua do produto. No caso de alimentos, as isotermas de

soro de maior interesse so as do tipo II e III, isotermas de produtoshigroscpicos (Brunauer et al., 1938).

)1)(1( wwwwm

CKaKaKa

CKaX

wwwm

aCa

CaX

)1(11

)1log( waBA

B

w

w

a

aA

1

2121

n

w

n

w aKaK

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Figura 1.2.Tipos de isotermas de soro.

Fonte: Adaptada de Brunauer et al. (1938).

1.3.2

Transio Vtrea (Tg)

Transies de estado termodinmicas de um slido cristalinopara um lquido, e de um lquido para um gs, so exemplos detransies de fase de primeira ordem. No entanto, tambm se denominatransio de fase as alteraes no estado fsico dos materiais devido svariaes de temperatura e/ou presso ou no teor de umidade, que

podem ter efeitos significativos sobre as propriedades fsicas dos

materiais. Por isso, o conhecimento preciso sobre as transies de fasede um produto pode auxiliar na definio das condies adequadas de

processamento e armazenamento (Roos, 1995; Rahman, 2008).Muitos processos industriais envolvem transies de fase,

implicando em mudanas na estrutura e nas propriedades do produto. Osslidos apresentam um estado de agregao nas quais as substncias

possuem um volume e uma forma definidos. A capacidade dos slidosde suportar as foras de cisalhamento e de recuperar a sua forma originaldepois de uma pequena deformao distingue-os dos lquidos e dosgases (Aguilera e Stanley, 1999).

A estrutura dos slidos pode variar de cristalina simples atestruturas amorfas complexas, dependendo das condies geomtricasimpostas pela ligao e empacotamento dos tomos e molculas(Aguilera e Stanley, 1999). Os slidos com estrutura interna ordenadaso chamados de cristalinos, e apresentam o estado de equilbrio maisestvel. Assim, slidos com esta conformao tendem a ser maisresistentes s aglutinaes, a menos que a superfcie dos cristais seja

dissolvida devido s condies ambientais (Bhandari, 2007).A formacristalina pode ser encontrada em alguns alimentos slidos, como sais,acar refinado, cidos orgnicos, entre outros. Por outro lado, a

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estrutura amorfa apresenta molculas desalinhadas, emaranhadas, com aestrutura mais aberta e porosa (Bhandari, 2007).

Pode-se ter uma mistura das duas estruturas em alimentos

slidos, ou seja, presena de regies amorfas e cristalinas, que conhecida por estrutura semicristalina ou parcialmente cristalina. Estaestrutura pode se originar durante o processamento, devido cristalizao parcial ou pela moagem de um produto com estruturacristalina. Produtos em p com estrutura semicristalina e amorfa estomais suscetveis aos fnomenos de stickiness(pegajosidade) ecaking(empedramento) (Bhandari, 2007). Esses materiais sogeralmente metaestveis, de modo que seu estado fsico e suas

propriedades fsico-qumicas mudam de comportamento, durante asetapas de processamento, estocagem, distribuio e consumo (Roos,1995). Um sistema termodinmico, a uma temperatura especfica, estem uma condio ou estado metaestvel se toda mudana isotrmica

pequena de qualquer de suas variveis termodinmicas resulta em umaumento na sua energia livre, enquanto alteraes isotrmicas grandesnestas variveis podem levar a um estado com menor energia livre. Oestado vtreo pode ser definido como um estado abaixo de sua transiovtrea(Tg) (amorfo comum) ou estado metaestvel no-cristalino de um

slido (Collares et al., 2002).O termo transio vtrea refere-se temperatura (ou faixa detemperatura), nas quais ocorre a transio de uma estrutura vtrea paraum estado borrachoso ou gomoso. A temperatura de transio vtrea(Tg) da maioria dos compostos alimentcios solveis em gua alta,sendo tanto maior quando maior a massa molar das macromolculas

predominantes. Substncias plastificantes, como a gua, diminuem atemperatura de transio vtrea, pois promovem um aumento do volumelivre e da mobilidade molecular, podendo resultar em mudanas fsicas e

fsico-qumicas significativas (Aguilera e Stanley, 1999). O efeitoplastificante da gua pode ser analisado pelos diagramas de estado. Emtais diagramas, a curva contnua de temperatura de transio vtrea Tgem funo da concentrao de slidos, demonstra o efeito da gua na Tg,especialmente a baixos teores de umidade (Collares et al., 2002). Oefeito da gua na Tgpode tambm ser expresso em termos da atividadede gua (aw). Assim, a Tg um ndice muito til na avaliao daestabilidade fsica dos alimentos durante o processamento earmazenamento (Aguilera e Stanley, 1999).

NaFigura 1.3esto esquematizados, sobre um eixo hipottico detemperatura, os estados mais frequentes em que podem encontrar-se os

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constituintes mais importantes dos alimentos slidos (carboidratos,protenas, gua e lipdeos) e suas correspondentes transies de fase.

Figura 1.3. Estados em que podem encontrar-se os constituintes maisimportantes dos alimentos slidos em funo da temperatura (Tg atemperatura de transio vtrea, Tm a temperatura de fuso e Tb atemperatura de ebulio)

Fonte: Adaptado de Martinez et al. (1998).

Em termos termodinmicos, a transio vtrea definida comouma transio de fase de segunda ordem, ou seja, as duas fases

envolvidas diferem nas segundas derivadas (descontinuidade dasderivadas) da energia livre de Gibbs, G,em relao temperatura e

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presso, mas no nas suas energias livres por si mesmas ou nas suasderivadas (Collares et al., 2002).

Os alimentos no geral, mas em destaque aos alimentos em p

que contm carboidratos amorfos, podem passar por mudanas fsicascomo cristalizao, pegajosidade, colapso e compactao durante o

processamento, manipulao e estocagem (Slade e Levine, 1991). Essasmudanas fsicas em produtos desidratados esto diretamenterelacionadas sua temperatura de transio vtrea, em que abaixo da Tg,espera-se que o alimento seja estvel, enquanto que acima destatemperatura, entre a temperatura de estocagem (T) e a temperatura detransio vtrea responsvel por controlar a taxa das mudanas fsicas,qumicas e biolgicas do produto (Rahman, 2008; Slade e Levine,1991).

A tempearatura de transio vtrea pode ser medida de diversasmaneiras, sendo que uma das tcnicas experimentais mais utilizadas temsido a calorimetria exploratria de varredura, a qual utiliza umcalormetro dinmico (DSC) (Rahman, 1995). A DSC a tcnica deanlise trmica, na qual se mede a diferena de energia fornecida substncia e a um material de referncia (termicamente estvel), emfuno da temperatura, enquanto a substncia e o material de referncia

so submetidos a uma programao controlada de temperatura (Silva etal., 2007). Existem duas configuraes possveis para equipamentos deDSC, o heat flow ou forno duplo e o heat flux ou forno simples. Na

primeira configurao a amostra e o material de referncia soaquecidos em compartimentos separados em condies isotrmicas esubmetidos igual variao de potncia de entrada no forno. Neste caso,os eventos so apresentados na curva DSC como picos, os ascendentescorrespondem a processos endotrmicos e os descendentes aexotrmicos. No caso da DSC com fluxo de calor (ou forno simples), a

amostra e o material de referncia so colocados em cpsulas idnticas,localizadas sobre o disco termoeltrico e aquecidas por uma nica fontede calor. As curvas DSC obtidas nesse sistema mostram picosascendentes que caracterizam eventos exotrmicos, enquanto osdescendentes eventos endotrmicos (Wendlandt, 1986; Silva et al.,2007).

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1.3.3Pegajosidade (stickiness) em alimentos em p

A pegajosidade oustickiness de um material pode ser visto, em

termos tcnicos, como a coeso entre as partculas e/ou a adeso dasmesmas em uma superfcie, como as paredes de um equipamento(paredes de um spray dryer, por exemplo). Este fenmeno uma

propriedade de superfcie e pode ter um impacto positivo ou negativo noprocessamento de alimentos.

Em processos de instantaneizao, a coeso entre as partculas necessria para a formao de aglomerados, neste caso, a pegajosidade uma caracterstica positiva e desejvel. Por outro lado, esta propriedadetem sido considerada um dos principais problemas que afetam aqualidade, uma vez que a deposio de ps nos equipamentos podeocasionar problemas de degradao do produto durante o

processamento, devido s contaminaes, principalmente para produtostermo-degradveis, aumento das atividades microbiolgicas, aumento dotempo de processo, baixos rendimentos e perigos de incndio (Boonyaiet al., 2004; Bhandari 2007; Chen e zkan, 2007).

A questo da pegajosidade em alimentos um assunto bastantecomplexo, que depende de diferentes fatores, tais como a viscosidade do

material, umidade, temperatura, presena de foras de compresso,estrutura do alimento (cristalina ou amorfa), tamanho das partculas,entre outros. Muitas teorias so utilizadas para explicar este fenmeno,dentre elas destacam-se as foras eletrostticas e intermoleculares,adsoro e a transio vtrea. Nenhum mecanismo isolado tem sidosuficiente para generalizar e caracterizar o problema da pegajosidadedos alimentos (Adhikari et al., 2001).

Existem alguns procedimentos que podem reduzir o problemade pegajosidade dos ps, como por exemplo, tratamento da matria-

prima antes da secagem, utilizando a microencapsulaopela atomizaoou o recobrimento em leito vibrofluidizado, o resfriamento dos ps atemperaturas abaixo das quais ele se torna pegajoso, uso de ardesumidificado no resfriamento, seleo adequada de parmetros desecagem e a utilizao de alguns agentes que previnam ou reduzam o

ponto de pegajosidade dos ps(Boonyai et al., 2004; Chen e zkan2007).

Na literatura esto disponveis artigos e captulos de livrosdedicados a elucidar as principais questes das causas, mecanismos emetodologias de avaliao da pegajosidade em alimentos (Schubert,1987; Chen e zkan 2007; Rivas-Ortega, 2009; Murrieta-Pazos et al.,

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2012). Devido extenso do assunto, neste tpico, o tema foiapresentado sucintamente, e ser tratado novamente nos resultados doCaptulo 3.

1.3.4Reidratao de al imentos em p

Quando um p entra em contato com a superfcie de um lquidouma srie de etapas ocorrem, sendo elas: I) molhamento ou penetraodo lquido no interior da estrutura dos ps aglomerados; II) imerso(deposio) das partculas no lquido; III) disperso das partculas nolquido e IV) dissoluo das partculas no lquido, se forem solveis.Estas etapas esto ilustradas no esquema apresentado naFigura 1.4:

Figura 1.4.Esquema da reconstituio de um aglomerado (solvel) emuma soluo aquosa.

Fonte: Adaptado de Forny et al. (2011).

A avaliao da molhabilidade de uma superfcie geralmentebaseada na determinao do ngulo de contato entre ela e o lquido,sendo um indicador de sua hidrofobicidade. Esta propriedade tem um

papel importante em inmeros processos, como aglomerao,granulao, recobrimento, secagem, dissoluo e disperso (Lazghab etal., 2005; Forny et al., 2011).

A molhabilidade de um slido em relao a um lquido umaconsequncia direta das interaes moleculares entre as fases que entramem contato. Dessa maneira, o ngulo de contato da superfcie do slido

sofre influncia das propriedades fsico-qumicas do lquido. Entretanto,outros parmetros tambm devem ser considerados, como a rugosidade

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da superfcie, heterogeneidade qumica, orientao molecular,inchamento e dissoluo parcial do slido no lquido, etc. (Lazghab etal., 2005; Forny et al., 2011).

Diferentes interaes interatmicas e intermoleculares podemser estabelecidas na interface do contato entre as partculas do slido edo lquido. Segundo Lazghab et al. (2005), estas ligaes podem serclassificadas como primrias ou secundrias, dependendo da intensidadeda sua fora. As ligaes primrias incluem ligaes qumicas (inicas,covalentes ou metlicas) e interaes cido-base de Lewis e Brnsted,enquanto as secundrias se referem s pontes de hidrognio e s fora devan der Waals.

De forma general, a reidratao de um p pode ocorrer por: (I)asperso, se gotas lquidas so aspergidas sobre uma superfcie slida;(II) ascenso capilar, se a reidratao ocorre por contato com gualquida, sem imerso; (III) condensao ou adsoro, se o slido exposto a uma atmosfera saturada de vapor(IV) imerso, se o slido depositado sobre o lquido (Lazghab et al., 2005; Hogekamp e Schubert,2009). Na Figura 1.5 est ilustrado os diferentes procedimentos demolhagem/reidratao de um slido.

Figura 1.5.Diferentes procedimentos de reidratao de um slido.

** representa o ngulo formado entre a superfcie e o lquido.Fonte: Adaptado de Lazghab et al. (2005).

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Alimentos em geral e ps alimentcios esto longe deapresentarem superfcies ideais, o que torna um desafio a medio dosngulos de contato e da energia de superfcie. Por isso, razovel

assumir que os componentes hidrofbicos que recobrem a superfcie dosps (lipdios, por exemplo) proporcionam ngulos de contato maiorescom a gua, enquanto que a presena de componentes hidroflicos(carboidratos, por exemplo) favorecem ngulos de contato menores coma gua (Kim et al., 2002; Forny et al., 2011).

O tempo necessrio para que o lquido penetre completamentenos poros de uma partcula porosa ou aglomerado de ps decisivo no

processo de reconstituio. A fora motriz para a penetrao do lquidonos poros dada pela presso capilar. Contudo, alguns fatores, comoaumento da viscosidade e reduo da tenso superficial diminuem aascenso capilar do lquido (Forny et al., 2011; Hogekamp e Schubert,2009).

Partculas pequenas tendem a formar uma camada viscosadurante o processo de molhamento, dificultando a disperso. Isto devido ao lquido que penetra na massa slida, dissolvendo a parede domaterial e formando uma soluo viscosa que reduz a tenso interfacial,enfraquecendo a fora capilar. Desta maneira, a formao desta camada

viscosa impede a penetrao de lquido, e este fenmeno, geralmente,leva formao de aglomerados, os quais flutuam na superfcie dolquido (Chen e zkan, 2007; Hogekamp e Schubert, 2009).

Outro fator importante que tambm afeta o processo dedissoluo est relacionado com a quantidade de energia que necessria para quebrar os aglomerados em partculas individuais. Estaenergia pode ser fornecida pelo fornecimento de calor ou de energiamecnica de mistura, sendo dependente do tamanho e do formato das

partculas, bem como dos estados fsicos das pontes slidas entre as

partculas primrias que formam os aglomerados (Forny et al., 2011).Aps certo perodo de contato entre o slido e o lquido, o

parmetro de solubilidade torna-se uma medida da qualidade departculas no solubilizadas (Chen e zkan 2007). A solubilidade podeser medida como a quantidade de sedimento formado depois de certo

perodo de reconstituio. A solubilidade afetada pelo teor de gordurade um produto e tambm pelo estado das protenas, as quais sofreinfluncia do pH e da temperatura da soluo.

As propriedades de instantaneizao podem ser melhoradas pelaadio de dispersantes. Surfactantes, como a lecitina, so adequados

para aumentar as caractersticas de molhabilidade de alimentos em p. A

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lecitina diminui o ngulo de contato entre o slido e o lquido.Entretanto, no so muitas substncias disponveis para produtosalimentcios e so estritamente regulamentados, diferentemente dos ps

elaboradospara outros fins, que contam com uma variedade maior desurfactantes que podem melhorar a molhabilidade (Hogekamp eSchubert, 2009).

Forny et al. (2011) destacaram a ausncia de um modelo queconsidere todas as etapas do processo de reconstituio. Este fato estligado s dificuldades em prever o comportamento de certos materiais,

principalmente de alimentos que so sistemas complexos eheterogneos. Contudo, a descrio de cada etapa por um conjunto deequaes fsicas e a combinao de todas elas, talvez seja umaalternativa para um modelo que consiga prever o processo dereconstituio completo.

1.4Secagem de alimentos

A crescente introduo de alimentos em p tem motivadopesquisadores e indstrias a desenvolverem e aplicarem novastecnologias de secagem, que preservem a parte nutricional dos

alimentos, com baixos custos e tempos de operao. Atualmente, osprincipais mtodos que tm sido utilizados so a atomizao (spraydrying), drum drying e a liofilizao. Recentemente o refractancewindow(RW) tem conquistado o espao nas pesquisas. Independente do

processo escolhido precisa-se compreender alguns princpios destaoperao unitria. Por isso, inicialmente sero abordados os principaistpicos de transferncia de calor (conduo, conveco e radiao) e nasequncia os fundamentos da secagem, finalizando com o destaque dealguns dos mtodos empregados para a produo de alimentos

desidratados em p.

1.4.1Fundamentos da transferncia de calor

1.4.1.1Conduo

A conduo um fenmeno que ocorre em escala molecular, noqual a energia das partculas mais energticas transferida para as de

menor energia, em um meio, devido s interaes entre elas (Incroperaet al., 2007). A expresso quantitativa relacionando o gradiente de

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temperatura, a natureza do meio condutivo e a taxa de transferncia decalor atribuda Fourier, o qual, em 1822, apresentou a seguinteequao (Welty, 1974):

(1.8)

em que, o fluxo de calor (W m-2), o operador diferencial

tridimensional e T(x, y, z) o campo escalar de temperatura, k umapropriedade de transporte, conhecida como condutividade trmica (W m-

1K-1) e caracterstica do material.

1.4.1.2Conveco

De forma geral, a transferncia de calor por conveco ocorreentre um fluido em movimento e uma interface com diferentestemperaturas. A conveco pode ser classificada quanto natureza doescoamento do fluido, podendo ser natural ou forada. A primeira,natural ou livre, aquela na qual o escoamento do fluido induzido porforas de empuxo, devido a diferenas de densidade, causadas porvariaes de temperatura no fluido. Por outro lado, a conveco forada a causada por agentes externos, como um ventilador ou uma bomba(Welty, 1974; Incropera et al., 2007).

A equao que descreve a taxa de transferncia de calor porconveco est expressa pela Equao (1.9):

)(" TThq Sc (1.9)

em que o fluxo de calor convectivo (W m-2), sendo proporcional

diferena de temperaturas entre a superfcie (Ts) e o fluido (T) e h ocoeficiente de transferncia de calor por conveco.

1.4.1.3Radiao

Todas as substncias com temperatura diferente de 0 Kcontinuamente emitem radiao eletromagntica, em virtude da agitao

molecular e atmica associada com a energia interna do material (Siegele Howell, 1972). A transferncia de calor por radiao, ao contrrio da

z

Tk

y

Tj

x

TiTkq

q

"cq

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conduo e da conveco, no necessita de um meio material paraocorrer, sendo mais eficiente no vcuo. A radiao pode ser vista, a

partir da mecnica quntica, como a propagao de um conjunto de

partculas denominadas ftons ou quanta (Incropera et al., 2007).Alternativamente, a radiao pode ser descrita como a propagao deondas eletromagnticas, sendo que o comprimento de onda e afrequncia da radiao esto relacionados pela velocidade da luz nomeio, conforme a Equao (1.10)

(1.10)

em que o comprimento de onda (m), a frequncia das ondas (s-1)e c a velocidade da luz no meio (m/s). Para a propagao no vcuo c=2,98.108m/s. A radiao trmica est situada na faixa intermediria doespectro eletromagntico, entre os comprimentos de onda de 0,1 m e100 m, incluindo uma frao da regio ultravioleta (UV) e todo oespectro visvel e do infravermelho, conforme pode ser observadonaFigura 1.6.

Figura 1.6. Espectro eletromagntico

Fonte: Incropera et al. (2007).

A radiao trmica que incidente em um corpo pode ser

parcialmente absorvida (absorbncia) e sua energia convertida em calor,ter uma parte refletida de sua superfcie (refletncia) e uma parte

c

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transmitida (transmitncia) atravs do material, conforme esquematizadonaFigura 1.7.

Figura 1.7. Fenmenos envolvidos na incidncia de uma radiao sobreuma superfcie genrica.

A irradiao incidente G, pode ser a absorvida, transmitida e/ourefletida, sendo essa relao expressa por:

(1.11)

em que, a absortividade, a refletividade e a transmissividade.Dividindo-se Equao 1.11por G, tem-se que:

(1.12)

Um corpo negro aquele que absorve toda a energia incidente,sem refletir ou transmitir, tendo absortividade =1. Logo, para a grandemaioria de slidos usados em aplicaes da engenharia, pode-seconsiderar que:

(1.13)

Esta equao tambm pode ser aplicada, frequentemente, para lquidos,embora a transmitncia de um lquido dependa fortemente da suaespessura (Sissom e Pitts, 1988).

GGGG

1

1

Radiao incidente GRadiao refletida G

Radiao transmitida G

Radiao absorvida G

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A reflexo da radiao pode ser regular ou difusa. A reflexoregular, ou especular, aquela na qual o ngulo de incidncia e reflexoso iguais. Em situaesreais, a reflexo difusa aquela em que a

radiao incidente refletida em todas as direes(Welty, 1974). Ocomportamento espelhado encontradocom freqncia menor do queo comportamento difuso.

A energia trmica que emitida por uma superfcie tem suaorigem na energia trmica da matria limitada pela superfcie, e a taxana qual essa energia liberada por unidade de rea (W m-2) chamadade poder emissivo E. Ofluxo de calor emitido por uma superfcie real

pode ser definido atravs da lei de Stefan-Boltzmann:

4ST (1.14)

em que Ts a temperatura absoluta (K) da superfcie, a constante deStefan-Boltzmann ( = 5,67.10-8W m-2K-4) e a emissividade, que uma propriedade radiante da superfcie.

A emissividade tem valores entre 0 1, e essa propriedadefornece a capacidade de emisso de energia de uma superfcie emrelao do corpo negro, o qual tem = 1. Qualquer superfcie que noseja um corpo negro ter um poder emissivo E menor do que o poderemissivo do corpo negro mesa temperatura. A emissividade uma

propriedade que depende fortemente da superfcie do material. Aemissividade da gua de 0,96 a 27 oC(Incropera et al., 2007).

O conceito do corpo negro bastante til para a descrio desuperfcies reais, uma vez que o corpo negro uma superfcie ideal, queabsorve toda a radiao incidente, independentemente do seucomprimento de onda e direo. Para uma dada temperatura e

comprimento de onda, nenhuma superfcie pode emitir mais energia doque um corpo negro (Incropera et al., 2007). Todas essas propriedadesdo corpo negro tem sido demonstradas por argumentos termodinmicos.Contudo, o poder emissivo espectral do corpo negro, que dado pelamagnitude da intensidade de radiao emitida para cada comprimento deonda, uma relao que no pode ser obtida puramente atravs deargumentos termodinmicos. De fato, a busca por essa relaolevouPlancka a uma investigao e ao levantamento de hipteses quesetornaram a baseda teoria quntica (Siegel e Howell, 1972). Essa relao

conhecida como Lei de Planck e expressa por:

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Assim, a distribuio espectral da emisso de um corpo negro dada por:

1)/exp(),( 25

1, TC

C

Tcn (1.15)

em que a primeira e a segunda constantes da radiao so C1 = 2h

=3,742.108W m4m-2e C2= (h /k) = 1,49.104mK e h = 6,6256.10-34

J s e k = 1,3805.10-23 J K-1 so as constantes universais de Planck eBoltzmann, respectivamente; c0= 2,98.10

8m/s a velocidade da luz novcuo e T a temperatura absoluta do corpo negro (K). Na Figura1.8est apresentada esta distribuio para algumas temperaturasselecionadas.

Figura 1.8. Poder emissivo espectral do corpo negro.

Fonte: Adaptada de Incropera et al. (2007).

A distribuio espectral de Planck fornece a intensidademxima de radiao (do corpo negro) que qualquer corpo pode emitir a

20c

0c

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um dado comprimento de onda e para uma dada temperatura. Dessamaneira, esta intensidade pode servir como um padro com o qual umasuperfcie real pode ser comparada (Siegel e Howell, 1972). A partir da

Figura 1.8 possvel observar que a distribuio espectral do corponegro tem um mximo e que o comprimento de onda correspondentemax depende da temperatura. A natureza dessa dependncia pode serobtida diferenciando a Equao(1.16) em relao a e igualando oresultado a zero. Ao se fazer isso obtm-se:

(1.16)

em que C3 a terceira constante de radiao e C3= 2897,8 m K.A Equao (1.17) conhecida como a lei do deslocamento de

Wien, e as posies dos pontos descritos pela lei so representadas naFigura 1.8pela linha tracejada. De acordo com este resultado, o poderemissivo espectral mximo deslocado para menores comprimentos deonda com o aumento da temperatura.

1.4.2

Fundamentos da secagem

Nos processos de secagem, os dados experimentais so obtidoscomo a variao da massa do produto durante o tempo de processo.Esses dados so normalmente apresentados em termos da variao daumidade do produto em funo do tempo e da taxa de secagem emfuno do tempo e/ou da umidade. A umidade do produto (em baseseca) definida pela razo entre a massa de gua e a massa de slidossecos, conforme a Equao (1.18) (Geankoplis, 2003)

(1.17)

em que Xt o teor de umidade do produto em base seca (b.s.), Ms amassa de slido mido (slidos e umidade) e Mss a massa de slidossecos.

As curvas de secagem so construdas utilizando o teor deumidade em funo do tempo t. A taxa de secagem pode ser obtida

calculando-se a derivada dessa curva, fornecendo os valores de dX/dt,para determinados tempos de secagem, Equao 1.19:

3max CT

ss

ssst

MMM

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(1.18)

em que R o fluxo de gua (kg m-2 min-1), Mss a massa de slidossecos eA a rea da superfcie exposta ao ar de secagem, m2. NaFigura1.9 est apresentada uma curva tpica de taxa de secagem.

Figura 1.9.Curva tpica da taxa de secagem para condies constantesde processo.

Fonte: Adaptado de Jangam e Mujumdar, (2010).

No inicio da secagem ocorre um ajustamento da temperatura doslido, o qual geralmente est mais frio do que o meio de secagem. Estaetapa pode ser visualizada pelo perodo A, apresentado na Figura 1.9.Aps esse perodo inicial, inicia-se o perodo de secagem a taxaconstante, as temperaturas da superfcie e do interior do slido midotendem a ser iguais temperatura de bulbo mido do gs, mas aconcordncia entre elas parcial, em virtude das defasagens entre astransferncias de calor e de massa, ou seja nesse perodo a transfernciade calor controla o processo de secagem.

Uma vez que a temperatura do slido tenha atingidoaproximadamente a temperatura de bulbo mido do gs, ela permanecebastante estvel e a taxa de secagem permanece constante, iniciando-se

dt

dX

A

Mss

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o perodo da secagem a taxa constante, representado pelo perodo B naFigura 1.9. Neste perodo, toda a superfcie exposta do slido estsaturada de gua e um filme contnuo de gua existe na superfcie do

produto. Esta gua est completamente livre e age como se o slido noestivesse presente. possvel que a rugosidade da superfcie slida,sobre a qual se estende a pelcula lquida, provoque aumento doscoeficientes de transferncia de massa e de calor, mas este efeito noest firmemente estabelecido (Foust et al., 1982).

Esse perodo continua enquanto na superfcie do produto houverquantidade de gua suficiente para acompanhar a evaporao, e terminaquando a superfcie do slido fica insaturada, ou quando a umidadecrtica (Xc) alcanada. A partir deste ponto (Xc) inicia-se o perodo desecagem a taxa decrescente, representado pelos perodos C e D daFigura 1.9.No perodo de secagem taxa decrescente, a temperatura dasuperfcie aumenta e a taxa de secagem decresce rapidamente, pois aumidade na superfcie no suficiente para manter a pelcula de filmede gua. A quantidade de umidade removida neste perodo menor queno perodo a taxa constante, implicando em maiores tempos de secagem

para a mesma massa de gua removida. Com o avano do processo, ataxa de secagem aproxima-se de zero, quando se atinge a umidade de

equilbrio, que o menor teor de umidade atingvel no processo desecagem com o slido nas condies a que est submetido (Geankoplis,2003).

Os mecanismos envolvidos no movimento da umidade do interiordo slido para a superfcie afetam os perodos de secagem. Algumasteorias desenvolvidas explicam os tipos de curvas que podem ocorrerdurante o perodo de secagem a taxa decrescente. Uma delas a dedifuso. De acordo com esta teoria, a difuso do lquido resultado dadiferena de concentrao entre a superfcie e o interior do slido. Outra

teoria baseada na capilaridade. Principalmente em slidos porosos, osquais contm poros e canais de diferentes tamanhos conectados.Conforme a gua evaporada, um menisco formado atravs de cada

poro e o fluxo de gua lquida ocorre devido s foras capilares geradaspela tenso interfacial entre a gua e o slido. Portanto, a fora motrizpara o transporte da gua pelos poros dada pela capilaridade (Barbosa-Cnovas e Vega-Mercado, 1996; Geankoplis, 2003; Jangam eMujumdar, 2010).

No incio do perodo a taxa decrescente (perodo C), omovimento da gua do interior do slido para a superfcie majoritariamente por ao da capilaridade. No ponto em que o filme de

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gua na superfcie no pode ser mais mantido, inicia-se um segundoperodo a taxa decrescente (perodo D naFigura 1.9). Nesse perodo, ataxa de difuso de vapor nos poros e a taxa de conduo de calor no

slido podem tornar-se os principais mecanismos da secagem(Geankoplis, 2003).

A transferncia de calor, durante o processo de secagem, podecontar com a contribuio da conveco, conduo e radiao. Portanto,o total de calor que transferido para a superfcie de secagem pode serdado pela Equao:

(1.19)

em que qc transferncia de calor por conveco do gs (se este for omeio de aquecimento) para a superfcie do slido em W (J s-1), qr atransferncia de calor por radiao das superfcies ao redor do slidosubmetido ao processo de secagem, em W, e qk a transferncia de calor

por conduo da superfcie em contato com o slido, em W. Asequaes referentes transferncia de calor por conveco, conduo eradiao esto apresentadas nos itens1.4.1.1,1.4.1.2 e1.4.1.3.

1.5

Processos de secagem

1.5.1Drum drying

O drum drying(DD) ou secagem em tambor um dos mtodosde secagem mais baratos disponveis para as indstrias. Para pequenosvolumes mais econmico que ospray drying. As taxas de secagem e aeficincia trmica so altas. Entretanto, este processo apresenta algumas

limitaes, as quais incluem que os lquidos ou purs devem aderir superfcie do metal e resistir altas temperaturas em curtos perodos detempo (Barbosa-Cnovas et al., 2005).

Drum dryers consistem de um ou mais rolos de metalcilndricos, ou tambores, dispostos para girar sobre seus eixos, a umavelocidade varivel. A Figura 1.10ilustra um drum dryer simples.Geralmente, o meio de aquecimento utilizado vapor, masocasionalmente pode ser utilizado gua quente ou outros lquidosespeciais a altas temperaturas, dentro dos tambores. O material a ser

seco entra em contato com a superfcie do tambor, em uma camada finade filme e o calor transferido atravs do metal. Uma lmina disposta

KRC qqqq

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no equipamento, em uma posio adequada, de modo a raspar a finacamada filme seco da superfcie do tambor (Barbosa-Cnovas et al.,2005).

O drum dryer foi inicialmente patenteado para o uso naproduo de amido pr-gelatinizado na Alemanha, por Mahler e Supf,em 1921. Desde ento, uma srie de patentes tm sido publicadas comvariaes nos mtodos de alimentao, nmero e configurao dostambores, sistema de aquecimento e remoo do produto. O dimetrodos tambores pode variar de aproximadamente 0,45 a 1,5 m e ocomprimento de 1 a 3 m. A espessura da parede do secador est entre 2e 4 cm (Daud, 2006).

Figura 1.10. Secador de drum dryersimples.

Fonte: Adaptado de Barbosa-Cnovas et al. (2005).

A transferncia de calor no DD ocorre em trs etapas, sendo

elas: (a) o aquecimento da camada fina (b) evaporao da gua, levando concentrao da suspenso, at que esta se torne uma camada seca nasuperfcie do tambor e (c) aumento da temperatura desta camada seca,que fica prxima do tambor. A taxa de secagem determinada pelataxa de transferncia de calor do tambor para o produto (Barbosa-Cnovas et al., 2005).

1.5.2Secagem por atomizao (spray drying)

A secagem por atomizao ouspray drying (SD) uma tcnicade processamento que utiliza a atomizao de um lquido para criar

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gotas que so secas como partculas individuais, quando movidas em ummeio de secagem gasoso aquecido, geralmente o ar (Masters, 1985;Filkov et al., 2006). A formao das gotculas proporciona uma grande

rea superfcial por unidade de volume de lquido, a qual favorece umarpida secagem (Chen e zkan, 2007).

Um dos primeiros registros da secagem por SD ocorreu em1865, envolvendo o processamento de ovos. Entretanto, o mrito dadescoberta foi de Samuel Percy em 1872, cuja patente descreveu emdetalhes a secagem de produtos na forma de pulverizao (Masters,1985). As primeiras aplicaes industriais do SD ocorreram na dcadade 1920, nas indstrias de leite e detergente. Atualmente, essa tecnologiatem sido aplicada industrialmente para diversos produtos, conforme se

pode observar naTabela 1.3.

Tabela 1.3.Principais aplicaes industriais dospray dryer.Indstria Exemplos de aplicaes

Qumica Resinas de fenol-formaldedo,catalisadores, aminocidos, etc.

Tintas e pigmentos Pigmentos de tintas, corantes para

alimentos, dixido de titnio, etc.Detergentes e agentes tenso-ativos

Enzimas para detergentes, agentesemulsificantes, alvejantes em p.

Alimentcia e bebidas

Leite, soro de leite, ovo, soja,protena, caf, ch, frutas evegetais: banana, tomate, leite decoco, etc.

Farmacutica e bioqumica Penicilina, enzimas, vacinas,algas, antibiticos, extratos de

leveduras.Fonte: Filkov et al. (2006).

Basicamente, o processo de secagem por SD consiste de quatroestgios: (I) atomizao do lquido alimentado; (II) contato gotculas-arde secagem, (III) evaporao da umidade e de volteis e (IV) separaodo produto em p seco do ar (Masters, 1985). A separao das partculassecas e do gs de secagem geralmente ocorre em ciclones (Bhandari etal., 2008). Na Figura 1.11 est apresentado o esquema de um SD deciclo aberto e concorrente.

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Figura 1.11.Esquema de umspray dryerde ciclo aberto, concorrente.

Osspray dryersmodernos so geralmente equipados com leitofluidizado interno ou externo, os quais podem ser usados para umsegundo estgio de secagem, resfriamento, aglomerao, granulaoe/ou recobrimento de materiais particulados (Bhandari et al., 2008).

Durante a atomizao, 1 m3

de lquido pode ser dividido emaproximadamente 2.1012gotas individuais de dimetro uniforme de 100m e rea total superficial de 60.000 m2 e so essas caractersticas que

permitem altas taxas de secagem e curtos tempos de residncia doproduto (Masters, 1985). O tamanho da gotcula que deixa o atomizador geralmente dependente da vazo de alimentao, da tenso superficiale da densidade do lquido (Chen e zkan, 2007). Enquanto que a taxa deevaporao durante o SD influenciada pela diferena de temperatura ede presso de vapor entre a superfcie das gotas e o gs de secagem.

As principais vantagens da secagem por SD so: ascaractersticas pr-determinadas dos produtos secos que podem ser

produzidos (tamanho, massa especfica aparente, teor de umidade) e tipo(ps finos, granulados e aglomerados). Alm disso, os produtos secosem p esto prontos para serem embalados, sem etapa de moagem e aqualidade do p permanece constante durante todo o ciclo de produo,se as condies de secagem so mantidas constantes. Tambm se deveconsiderar a versatilidade do processo, pois o mesmo equipamento podeser utilizado para uma variedade de materiais lquidos e a operao e amanuteno da planta pode ser totalmente automatizada(Masters, 1985;Bhandari et al., 2008).

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Por outro lado, essa tecnologia apresenta algumas desvantagens,tais como os altos custos de instalao, as grandes perdas de volteisdevido s altas temperaturas do ar de secagem, embora a temperatura da

maior parte das partculas possa permanecer na temperatura de bulbomido do ar. Alm disso, produtos ricos em acar ficam pegajososdurante o processo e aderem superfcie do secador, havendo anecessidade da adio de um agente carreador para minimizar esseefeito (Filkov et al., 2006; Nindo e Tang, 2007).

Bhandari, Datta e Howes (1997) apresentaram um estudo sobreos principais problemas relacionados atomizao de alimentos ricosem acar. Os autores explicam que os aditivos utilizados na secagemem SDpossuem alta temperatura de transio vtrea, elevando atemperatura de transio vtrea da mistura a ser seca, diminuindo ahigroscopicidade e adesividade do produto final. Dessa maneira, grande

parte dos estudos sobre SD de alimentos ricos em acares tem sidocentrada na escolha de agentes carreadores e das concentraes ideais.

Cano-Chauca et al. (2005) estudaram o efeito da adio demaltodextrina, goma arbica e amido modificado, em concentraes de12%, na estrutura da manga em p desidratada por SD. Os autoresobservaram, nas anlises de microestrutura, que as partculas do suco de

manga em p com os agentes carreadores apresentaram superfciesamorfas.

1.5.3

Liofilizao

A liofilizao um processo ideal para certos materiaisbiolgicos, farmacuticos e alimentcios, os quais no podem seraquecidos, mesmo a temperaturas moderadas. O processo de liofilizaoocorre inicialmente com o congelamento do material a ser seco, e a gua

removida como vapor pela sublimao em uma cmara de vcuo(Liapis e Bruttini, 2006). O calor latente de liofilizao normalmentefornecido por conduo a partir da superfcie em contato com oalimento. A liofilizao em larga escala iniciou-se na dcada de 1940,

para a produo de plasma e produtos de sangue secos. Mais tarde,antibiticos e materiais biolgicos foram preparados industrialmenteutilizando a liofilizao (Barbosa-Cnovas e Vega-Mercado, 1996).

De forma geral, os produtos liofilizados apresentam qualidadesuperior dos produtos obtidos utilizando os outros mtodos desecagem. Um fatorimportante arigidez estruturalproporcionada

pelasubstnciacongeladaquando a sublimao ocorre. Esta

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rigidezprevine o colapsoda matriz porosa remanescenteaps a secagem.Quando a gua adicionada posteriormente, o produto reidratadomantm muito de sua estrutura original. Outra vantagem dos materiais

biolgicos e alimentos liofilizados a pequena perda de sabor e aroma.A ausncia de ar e o uso de baixas temperaturas minimizam as reaesde degradao e modificaes no produto, as quais normalmenteocorrem em outros processos de secagem (Geankoplis, 2003; Liapis eBruttini 2006).

Contudo, a liofilizao um processo caro de secagem devidos baixas taxas de secagem e ao uso do vcuo (Geankoplis, 2003). Almdisso, os produtos liofilizados tendem a ser mais porosos, podendoreidratar mais rapidamente quando expostos a um ambiente mido, oque nem sempre uma caracterstica desejvel (Ochoa-Martnez et al.,2012).

Na liofilizao, a gua primeiramente removida do materialcongelado como vapor por sublimao na cmara de vcuo. Assim, ocongelamento do produto, a sublimao do gelo e a remoo do vaporde gua so as trs principais etapas da liofilizao. Um diagramaesquemtico de um liofilizador apresentado naFigura 1.12.

Figura 1.12.Esquema de um sistema de liofilizao.

Fonte: Adaptado de Barbosa-Cnovas et al. (2005).

O material conge