EFEITO DA PASTEURIZAÇÃO NAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS E PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DO...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA RURAL E ANIMAL

COLEGIADO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

EFEITO DA PASTEURIZAÇÃO NAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS E PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DO CALDO DE CANA

Ellen Abreu da Cruz

Itapetinga - BA, Novembro de 2010.

BANCA EXAMINADORA


ELLEN ABREU DA CRUZ

EFEITO DA PASTERURIZAÇÃO NAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS E PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DO CALDO DE CANA

Monografia apresentada pela aluna Ellen Abreu da

Cruz ao Colegiado do curso de Engenharia de

Alimentos da Universidade Estadual do Sudoeste

da Bahia como exigência da disciplina Trabalho de

Conclusão de Curso -DTRA 156.

Orientadora: Profª Dra. Cristiane Martins Veloso.

Área do conhecimento: Engenharia de Alimentos


DEDICATÓRIA

Dedico todo meu aprendizado e conquista ao meu pai e avô José Cícero de Abreu. Ao

senhor, papai, todo meu amor.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente à Deus, todos os anjos e santos que intervieram por mim.

À minha família, principalmente, meus ‘pais’, pelo amor, incentivo e apoio constante.

À minha amiga, Lílian Carvalho Souza, por ser mais que amiga e estar disponível para

me ajudar e ouvir a qualquer hora.

À toda família Carvalho Souza, por ter me acolhido e recebido de braços abertos.

À Meline Melo, que me mostrou muitas vezes o caminho a seguir.

À professora Renata Bonomo, por me auxiliar e sempre se dispor a tirar minhas

dúvidas.

À professora Cristiane Martins Veloso, pela paciência, ensinamentos e colaboração

para a realização deste trabalho, e por ser minha orientadora.

À todos que, direta ou indiretamente, tornaram possível a realização deste trabalho,

meu muito obrigada.

RESUMO

Considerando que nacionalmente o caldo de cana é bastante apreciado, seria de grande

interesse o desenvolvimento de tecnologias que promovessem a conservação do produto por

maior período de tempo, possibilitando sua melhor distribuição comercial e utilização como

ingrediente na indústria de alimentos. Diante desta perspectiva, o presente trabalho teve como

objetivo estudar as características físico-químicas e as propriedades termofísicas do caldo de

cana in natura e pasteurizado, visando obter dados que possam ser utilizados no

desenvolvimento do produto processado. A pesquisa foi conduzida no Laboratório de

Engenharia de Processos (LEP) da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – Campus de

Itapetinga. A matéria-prima foi adquirida de um comerciante local da cidade de Itapetinga –

Bahia, sendo extraído o caldo de cana no próprio estabelecimento. Foi realizada uma

pasteurização lenta a 70 ºC por 30 minutos. A caracterização dos caldos foi feita

determinando-se o pH, acidez titulável, sólidos totais, açúcares não-redutores, proteínas e

umidade, de acordo com métodos oficiais. As propriedades termofísicas dos caldos de cana in

natura e pasteurizado determinadas foram o calor específico, pelo método de calorímetro de

mistura; a massa específica, pelo método picnométrico e densímetro digital; a difusividade

térmica, por uma metodologia adaptada de Dickerson (1965) e viscosidade através do

viscosímetro capilar. Os valores experimentais obtidos para o calor específico foram

comparados com valores calculados a partir de alguns modelos encontrados na literatura. O

modelo quadrático se ajustou melhor aos dados experimentais de massa específica. O calor

específico dos caldos se enquadrou no intervalo apresentado na literatura para sucos de frutas.

A difusividade térmica variou em relação à temperatura segundo o modelo quadrático

aumentando com o aumento da temperatura. A viscosidade do caldo de cana in natura e

pasteurizado diminuiu em função da temperatura, sendo o modelo exponencial o que mais se

ajustou aos dados experimentais. Devido à pequena variação das propriedades físico-químicas

e termofísicas do caldo de cana utilizado neste trabalho submetido à pasteurização comparado

ao caldo in natura pode-se concluir que o tratamento térmico não alterou essas propriedades.

Palavras-chave: caldo de cana, tratamento térmico, massa específica, viscosidade,

calor específico, difusividade térmica.

SUMÁRIO

1- Introdução.......................................................................................................................... 11

2 – Revisão de Literatura......................................................................................................... 13

2.1 – Caldo de Cana.......................................................................................................... 13

2.2 – Mercado de caldo de cana........................................................................................ 14

2.3 – Tratamento Térmico – Pasteurização....................................................................... 16

2.4 – Propriedades Termofísicas..................................................................................... 17

2.4.1 – Massa específica.......................................................................................... 18

2.4.2 - Viscosidade................................................................................................... 19

2.4.3 – Calor Específico........................................................................................... 20

2.4.4 – Difusividade Térmica................................................................................... 20

3 – Material e Métodos............................................................................................................ 22

3.1 – Local da Pesquisa...................................................................................................... 22

3.2 – Pasteurização do caldo de cana................................................................................. 22

3.3 – Caracterização Físico-Química................................................................................. 22

3.3.1. - Determinação do pH, acidez titulável, sólidos totais, açucares não redutores

umidade.................................................................................................................................... 22

3.4 – Propriedades Termofísicas........................................................................................ 22

3.4.1 – Massa específica........................................................................................... 22

3.4.2 – Viscosidade cinemática e dinâmica.............................................................. 23

3.4.3 – Calor específico............................................................................................. 24

3.4.4 – Difusividade térmica..................................................................................... 25

3.4.5 – Delineamento Experimental e Análise dos Resultados................................. 26

4 – Resultados e Discussão...................................................................................................... 27

4.1 – Caracterização Físico-Química................................................................................. 27

4.2 – Propriedades Termofísicas........................................................................................ 28

4.2.1 – Massa específica.................................................................................................... 28

4.2.2 – Viscosidade............................................................................................................ 30

4.2.3 – Calor Específico..................................................................................................... 31

4.2.4 – Difusividade Térmica............................................................................................. 32

5 – Conclusão........................................................................................................................... 35

6 – Referência Bibliográfica................................................................................................... 36

ANEXO.................................................................................................................................... 42

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Caldo de cana.......................................................................................................... 13

Figura 2 – Garapeiro extraindo o caldo de cana...................................................................... 15

Figura 3 - Esquema do aparato construído para medição de calor específico......................... 24

Figura 4 - Esquema do aparato para medição de difusividade térmica....................................

26

Figura 5 – Massa específica do caldo de cana in natura e pasteurizado em função da

temperatura............................................................................................................................... 29

Figura 6 – Viscosidade dinâmica do caldo de cana in natura e pasteurizado em função da

temperatura............................................................................................................................... 30

Figura 7 - Perfil de temperatura em função do tempo na determinação da difusividade térmica

do caldo de cana in natura....................................................................................................... 32

Figura 8 – Perfil de temperatura em função do tempo na determinação da difusividade térmica

do caldo de cana pasteurizado.................................................................................................. 33

Figura 9 – Difusividade Térmica em função da temperatura para os caldos de cana in natura e

pasteurizado............................................................................................................................. 33

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Composição do caldo de cana................................................................................ 14

Tabela 2 - Modelos da Literatura Utilizados para o Cálculo do Calor Específico dos caldos in

natura e pasteurizado............................................................................................................... 25

Caracterização físico-química do caldo de cana in natura e pasteurizado............. 25

Tabela 2 - Valores experimentais da massa específica do caldo de cana in natura e

pasteurizado............................................................................................................................. 27

Tabela 3 - Caracterização físico-química do caldo de cana in natura e pasteurizado............. 29


pasteurizado............................................................................................................................. 29

Tabela 5 - Valores experimentais da viscosidade do caldo de cana in natura e pasteurizado. 30

Tabela 6 - Valores médios do calor específico do caldo de cana in natura e pasteurizado..... 31

Tabela 7 – Comparação entre os valores experimentais e valores preditos a partir de modelos propostos.................................................................................................................................. 32

NOMECLATURA

ρA - massa específica da amostra (kg/m3)

ρH2O - massa específica da água (kg/m3)

mpA - massa (kg) do picnômetro cheio da amostra

mpH2O - massa do picnômetro (g) cheio de água

mV - massa do picnômetro (g) vazio

νA - viscosidade cinemática da amostra (m²/s)

k - constante do aparelho (m²/s²)

t - tempo registrado (s)

µA - viscosidade dinâmica da amostra (Pa∙s)

νA - viscosidade cinemática da amostra (m²/s)

cpA - calor específico da amostra (kJ⋅kg-1⋅°C-1)

cpH2O - calor específico da água (kJ⋅kg-1⋅°C-1)

Ccal - capacidade calorífica do calorímetro (kJ⋅°C-1)

mA - massa de amostra (kg)

mH2O - massa de água adicionada (kg)

Te - temperatura de equilíbrio (°C)

Ti - temperatura inicial da amostra e do calorímetro (°C)

TH2O - temperatura inicial da água

αA - difusividade térmica da amostra (m2/s)

A - taxa de elevação da temperatura do banho (°C/s)

R - raio da célula (m)

(Text – Tint) - diferença entre a temperatura externa e a temperatura interna da célula (°C)

1. Introdução

A cana de açúcar (Saccharum spp.) é uma cultura bastante difundida no Brasil

(FARIA, 1993), sendo industrialmente utilizada para produção de açúcar e álcool. O Brasil,

com uma área plantada de cerca de 7 milhões de hectares (BNDES, CGEE, FAO e CEPAL,

2008), apresentou entre os anos de 2008 e 2009 uma produtividade de cerca de 570 milhões

de toneladas de cana-de-açúcar processada nas indústrias brasileiras, sendo que a região

Norte-Nordeste apresentou aproximadamente 65 milhões de toneladas processadas. O Brasil

também é o maior produtor e exportador de derivados de cana-de-açúcar. Na safra 2007/08, as

usinas brasileiras processaram 493,4 milhões de toneladas de cana-de-açúcar, produzindo 22,5

bilhões de litros de etanol e 30,8 milhões de toneladas de açúcar, sendo que a região Centro-

Sul foi responsável por 87,4 % dessa produção (UNICA, 2008).

Além de ser utilizada como matéria prima na produção de açúcar, álcool combustível,

cachaça e servir para alimentação animal (variedades forrageiras), pode ainda ser utilizada

para a produção de garapa ou caldo de cana, servido imediatamente após a moagem em

moedores elétricos ou manuais (BRAZ, 2003).

O caldo de cana é uma bebida nutritiva, energética, muito popular no Brasil sendo

consumido por pessoas de todas as idades e classes sociais, especialmente nos períodos mais

quentes do ano. É obtida pela extração em moendas elétricas ou manuais, coado em peneiras

metálicas ou plásticas e servido com gelo, podendo ser consumido puro ou adicionado de

suco de frutas ácidas. A bebida é comercializada em vias públicas, parques, praças e feiras por

vendedores denominados de garapeiros (LUBATTI, 1999).

Yusof et al. (2000) citam que na Malásia, a garapa também é muito popular sendo

considerada uma bebida doce, muito agradável ao paladar e que sacia a sede. Sua

comercialização no país se estende desde restaurantes simples de beira de estrada até

restaurantes de hotéis de alta classe, fato que revela ser a produção de suco de cana um

negócio muito lucrativo. Considerando sua importância, tem-se procurado desenvolver

processos que possam conservar a qualidade do produto fresco durante sua estocagem.

O caldo de cana fresco apresenta um flavor característico e constitui-se num produto

perecível com vida útil curta entre a extração e o consumo, em função de sua rica composição

química, sendo um meio adequado ao crescimento e desenvolvimento de microrganismos.

Após 24 horas, mesmo armazenado sob refrigeração, o caldo extraído apresenta sedimentação

e sinais de alteração em suas características sensoriais, principalmente devido à fermentação e

ao escurecimento enzimático (BHUPINDER et al., 1991; SANTOS, 2004).

11

Considerando que, nacionalmente, a garapa é bastante apreciada, seria de grande

interesse o desenvolvimento de tecnologias que promovessem a conservação do produto por

maior período de tempo, possibilitando sua melhor distribuição comercial e utilização como

ingrediente na indústria de alimentos. Dentre os métodos utilizados na conservação de

alimentos está a pasteurização, que é um processamento térmico empregado para promover a

inativação enzimática e a destruição de microrganismos patogênicos e deterioradores de baixa

resistência ao calor, sendo utilizada quando tratamentos mais rigorosos podem influenciar

negativamente as propriedades sensoriais e nutritivas do alimento. Também é aplicada em

produtos alimentícios que serão posteriormente armazenados em condições que minimizem o

crescimento bacteriano, como a refrigeração, em produtos com aditivos químicos ou que

serão armazenados em embalagens herméticas, visando à conservação do mesmo

(FONSECA, 1984).

Devido à grande aceitação popular e facilidade de exploração, o caldo de cana pode

alcançar um mercado consumidor com proporções ainda maiores. O produto processado e

embalado, pronto para o consumo, pode ser comercializado em lanchonetes, restaurantes,

cadeias de fast food, feiras, parques e shoppings, nos quais a procura por produtos naturais,

saudáveis e com boas características nutricionais é cada vez maior, ao invés de limitar-se à

venda no comércio de rua (OLIVEIRA et al., 2007). Além disso, a obtenção de novos

produtos seria uma forma de estimular o desenvolvimento de agroindústrias já existentes, bem

como a implantação de outras microempresas do ramo, que poderiam melhorar o

aproveitamento da infraestrutura disponível.

Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo verificar o efeito da pasteurização

nas características físico-químicas e as propriedades termofísicas do caldo de cana in natura e

pasteurizado, visando obter dados que possam ser utilizados no desenvolvimento do produto

processado.

2. Revisão Bibliográfica

12

2.1. Caldo de cana

O caldo de cana ou garapa é uma bebida energética, não alcoólica, de sabor agradável,

muito popular no Brasil devido às suas características de refrescância e sabor doce. Tal bebida

é consumida freqüentemente por pessoas de todas as idades e classes sociais, especialmente

nos períodos mais quentes do ano. O caldo é obtido por moagem da cana-de-açúcar em

moendas elétricas ou manuais, coado em peneiras metálicas e servido com gelo, podendo ser

consumido puro ou adicionado de suco de frutas ácidas, sendo normalmente comercializado

por vendedores ambulantes, denominados garapeiros, em vias públicas, parques, praças e

feiras (SOCCOL et al. 1990; LUBATTI, 1999; PRATI et al., 2005).

Esta bebida é caracterizada como um líquido opaco, de coloração que varia de parda

ao verde escuro (Figura 1), cuja composição química é variável em função da variedade,

idade e sanidade da cana-de-açúcar. O líquido preserva os nutrientes presentes na cana, entre

eles minerais (3 a 5 %) como ferro, cálcio, potássio, sódio, fósforo, magnésio, além de

vitaminas do complexo B e vitamina C. Os principais componentes estão apresentados na

Tabela 1.

Figura 1. Caldo de Cana.

O caldo de cana fresco apresenta um sabor característico e constitui-se num produto

perecível com vida útil curta entre a extração e o consumo, em função de sua rica composição

química, sendo um meio adequado ao crescimento e desenvolvimento de microrganismos.

Após 24 horas, mesmo armazenado sob refrigeração, o caldo extraído apresenta sedimentação

e sinais de alteração em suas características sensoriais, principalmente devido à fermentação e

ao escurecimento enzimático (BHUPINDER et al., 1991; SANTOS, 2004).

Tabela 1. Composição do Caldo de Cana.

13

Componentes Composição (%)Água 65 – 75

Sacarose 70 – 91Glicose 2 – 4Frutose 2 – 4

Proteínas 0,5 – 0,6Amido 0,001 – 0,05

Ceras e Ácidos Graxos 0,05 – 0,015Minerais 3 – 5

Fonte: IBGE, 1999; FAVA, 2004.

2.2.Mercado de caldo de cana

O comércio de alimentos de rua, originário da Ásia, da América Latina e da África

disseminou-se rapidamente em muitos países da Europa e da América do Norte. O termo

“alimentos de rua” é definido como uma variedade de alimentos e bebidas prontos para

consumo, preparados e/ou comercializados em locais públicos, principalmente nas ruas. Este

tipo de alimento apresenta vantagens, como menor preço, quando comparado àqueles

alimentos ou refeições comercializados pelos restaurantes, além da conveniência e grande

variedade de opções atrativas ao consumidor (WIRNANO e ALLAIN, 1991).

Geralmente os alimentos vendidos nas ruas são produtos prontos para o consumo,

preparados no próprio local de comercialização, situado, principalmente, em regiões de

grande afluência do público, tais como: mercados, ponto de ônibus, escolas, jardins, entrada

de hospitais, praças e feiras (BRYAN et al., 1988; GARCIA-CRUZ et al., 2000; BRYAN et

al., 1992; CHAKRAVARTY e CANET, 1996).

O comércio de caldo de cana é caracterizado pela venda por meio de ambulantes

(Figura 2), espalhados pelas cidades brasileiras, quase sempre sem as mínimas condições

higiênico-sanitárias necessárias à manipulação de alimentos (BRAZ, 2003).

A comercialização do caldo de cana é considerada uma atividade lucrativa pelos

profissionais do ramo. Em entrevista ao jornal O Estado de São Paulo, João José Perone, que

há cerca de 30 anos tem atuação como garapeiro na cidade de Ribeirão Preto-SP, relata estar

satisfeito com a atividade profissional, na qual obtém lucratividade de 30 % (BRÁS, 2003).

Em razão de o Brasil ser o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e do grande

potencial mercadológico dos sucos de frutas industrializados, o consumo de caldo de cana

poderia ser melhor explorado se o seu grau de conveniência e qualidade higiênico-sanitária

fosse ampliado aos consumidores, ou seja, se ele pudesse ser comercializado processado,

embalado, pronto para o consumo, facilitando sua utilização em redes de alimentação e

aumentando sua vida útil (OLIVEIRA et al., 2007).

14

Figura 2. Garapeiro extraindo o caldo de cana.

Em razão de o Brasil ser o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e do grande

potencial mercadológico dos sucos de frutas industrializados, o consumo de caldo de cana

poderia ser melhor explorado se o seu grau de conveniência e qualidade higiênico-sanitária

fosse ampliado aos consumidores, ou seja, se ele pudesse ser comercializado processado,

embalado, pronto para o consumo, facilitando sua utilização em redes de alimentação e

aumentando sua vida útil (OLIVEIRA et al., 2007).

No Brasil, o segmento de sucos prontos para beber movimentou 130 milhões de litros

em 2001, equivalente a 320 milhões de reais (ARAÚJO, 2002). Em 2004, o mercado de sucos

prontos no Brasil apresentou crescimento de 15,5 %, movimentando 350 milhões de litros, o

equivalente a 900 milhões de reais, atingindo proporções maiores do que o de refrigerantes,

cujo aumento foi de apenas 6,54 %. Esse fato explica o ingresso e aumento do investimento

de empresas nacionais e multinacionais em instalações e desenvolvimento de novos produtos

para o setor (MONTEIRO, 2006).

O hábito do consumo de sucos de frutas processados está aumentando, motivado pela

praticidade oferecida por esses produtos, aliada à falta de tempo da população em preparar

sucos in natura e também devido ao seu valor nutritivo quando comparado às bebidas

carbonatadas e à tendência do consumo de alimentos mais saudáveis (MATSUURA e

ROLIM, 2002).

2.3.Tratamento térmico - Pasteurização

15

A pasteurização é um processamento térmico empregado para promover a inativação

enzimática e a destruição de microrganismos patogênicos e deterioradores de baixa resistência

ao calor, sendo utilizada quando tratamentos mais rigorosos podem influenciar negativamente

as propriedades organolépticas e nutritivas do alimento. Também é aplicada em produtos

alimentícios que serão posteriormente armazenados em condições que minimizem o

crescimento bacteriano, como a refrigeração, em produtos com aditivos químicos ou que

serão armazenados em embalagens herméticas, visando à conservação do mesmo

(FONSECA, 1984).

Os sucos naturais são conservados por pasteurização e/ou adição de preservativos

permitidos pela legislação brasileira. Sendo a garapa considerada um “suco de cana” (LIMA,

1998) o mesmo poderia passar pelo processo de pasteurização com o objetivo de aumentar a

vida-de- prateleira.

Tal conservação se faz necessária, pois o caldo de cana é um produto sensível aos

fatores físicos (luz, calor), químicos (O2, reações enzimáticas) e biológicos (microorganismos,

insetos) responsáveis por suas alterações, comprometendo suas características químicas

(composição), físicas (turbidez, separação de fases), organolépticas (odor, sabor, cor, textura)

e nutricionais (proteínas, vitaminas), influenciando a vida-de-prateleira do produto

(GRAUMLICH et al., 1986).

O uso de altas temperaturas para conservar alimentos está baseado em seu efeito

destrutivo sobre os microrganismos. Temperaturas de pasteurização são suficientes para

destruir todas as leveduras, fungos, bactérias Gram-negativas e muitas bactérias Gram-

positivas. A presença de açúcares no meio de suspensão causa um aumento na resistência dos

microrganismos ao calor. Este efeito é, pelo menos em parte, devido ao decréscimo na

atividade de água causado por altas concentrações de açúcar (SUZART, 2009).

As novas tecnologias baseadas em tratamento térmico, irradiação, adição de aditivos

químicos e utilização de embalagens herméticas, empregadas no processo de produção do

caldo de cana tem ampliado a possibilidade de produção em escala industrial, mas estudos

relacionados a melhores variedades de cana-de-açúcar para a produção de caldo de cana,

inativação de enzimas deteriorantes, sistemas mais eficientes de esterilização e propriedades

termofísicas do caldo de cana ainda não foram elucidados na literatura, sendo estes pontos

primordiais para aumentar ainda mais a vida-de-prateleira do produto, com o emprego da

melhor técnica de conservação (SUZART, 2009).

2.4. Propriedades termofísicas

16

A caracterização térmica de alimentos corresponde à identificação das propriedades de

transporte de calor. As propriedades que despertam maior interesse entre os pesquisadores

são: calor específico, viscosidade, condutividade e difusividade térmica. As técnicas de

caracterização vêm evoluindo paralelamente com a necessidade e a precisão das

características intrínsecas de cada alimento.

Vários tipos de tratamentos térmicos podem ser aplicados, a depender da

termossensibilidade do alimento e da sua suscetibilidade à deterioração, bem como da

estabilidade requerida do produto final. Um tratamento térmico seguro deve ser selecionado

com base no binômio tempo-temperatura requerido para inativar os microorganismos

patogênicos e deterioradores mais termorresistentes em um dado alimento e da embalagem

(AZEREDO, 2004). Entretanto, esses processos devem ser conduzidos de forma econômica.

Os gastos com energia representam uma considerável parcela nos custos de produção, sendo,

portanto considerados críticos na redução dos mesmos (PETERS & TIMMERHAUS, 1991).

Neste contexto, o conhecimento das propriedades termofísicas (massa específica, calor

específico, condutividade térmica e difusividade térmica) têm importância fundamental para

estimar a quantidade de energia envolvida no processo e conseqüentemente, selecionar e

dimensionar corretamente os equipamentos que poderão ser utilizados para o processamento

dos alimentos (VIEIRA, 1996; SHEPHERD & BHARDWAJ, 1986).

A falta de conhecimento de algumas dessas características, e de como elas se

comportam diante de variações de temperatura, pode levar a um processamento inadequado

do produto, gerando prejuízos que poderiam ser facilmente evitados. A indústria de sucos

tropicais no Brasil sofre com a falta de dados que sirvam de base para estudos de

dimensionamento de processamentos térmicos (MOURA et al, 2003).

Segundo Resende e Silveira Jr. (2002), o conhecimento das propriedades físicas é

essencial para a simulação da variação da temperatura no interior de alimentos durante as

operações de processamento, além de ser importante para as estimativas dos tempos de

processamento e da carga térmica dos produtos.

Segundo Saravacos e Kostaropoulos (1996), devido à complexa estrutura física e

variável composição química dos alimentos, a predição teórica de suas propriedades físicas

não é possível, sendo então necessário que as mesmas sejam determinadas

experimentalmente. Além disso, as propriedades físicas de sucos e polpas são afetadas por sua

composição e pela temperatura. Por esta razão, é necessário o conhecimento dos seus valores

como uma função da temperatura (°C) e da concentração de sólidos solúveis totais (°Brix),

17

durante as operações de processamento (ZURITZ et al., 2004; SARAVACOS e

KOSTAROPOULOS, 1996).

2.4.1 Massa específica

A massa específica de uma substância é definida como a massa por unidade de

volume, sendo utilizada para caracterizar sistemas fluidos (MUNSON et al., 1997). Para o

correto dimensionamento dos equipamentos utilizados em diferentes operações unitárias

relacionadas com a transferência de quantidade de movimento, tais como o transporte de

materiais através de tubulações, operações de agitação, de filtração, de fluidização, a

sedimentação de sólidos em suspensões, dentre outras, é fundamental o conhecimento da

massa específica do material em questão. A massa específica de um fluido também é

importante para a determinação da pressão exercida por uma coluna do mesmo, o que é

imprescindível para o projeto de tanques de armazenagem e sistemas de bombeamento. Além

disso, através da variação da massa específica de um fluido em processo, pode-se determinar

se o mesmo é compressível ou incompressível, o que resulta em abordagens bastante distintas

do processo (SOUZA, 2008).

A determinação da massa específica é, geralmente, realizada em análise de alimentos

que se apresentam no estado líquido. Pode ser medida por vários aparelhos, sendo os mais

usados: picnômetros e densímetros convencionais e digitais. Os picnômetros dão resultados

precisos e são construídos e graduados de modo a permitir a pesagem de volumes exatamente

iguais de líquidos, a uma dada temperatura. Os densímetros, quase sempre de forma cilíndrica

com um bulbo central terminando em haste fina e graduada, são construídos de modo que o

ponto de afloramento indique, sobre a escala, a massa específica do líquido no qual está

imerso o aparelho (IAL, 1985). Existem ainda os densímetros digitais de bancada, de simples

operação através da injeção da amostra via seringa no próprio aparelho, sendo o método de

medição pelo princípio do tubo em U que oscila em vidro borossilicato (POLIMATE, 2010).

2.4.2 Viscosidade

A viscosidade é a resistência dos fluidos ao escoamento e pode ser considerada como

sinônimo de atrito interno. De acordo com os critérios da lei de Newton, os fluidos podem ser

classificados como newtonianos ou não newtonianos. Segundo Holdsworth (1993) os fluidos

newtonianos apresentam viscosidade constante, ou seja, apresentam uma relação linear entre a

taxa de deformação e a tensão cisalhamento.

18

Na ausência de uma tensão de cisalhamento, não ocorrerá deformação. Os fluidos

podem ser classificados em um conceito mais amplo, de acordo com a relação entre a tensão

de cisalhamento aplicada e a taxa de deformação do fluido. Fluidos para os quais a tensão de

cisalhamento é diretamente proporcional a taxa de deformação são denominados fluidos

newtonianos (FOX e MCDONALD, 1981).

Segundo Fox e MacDonald (1981) o termo não-newtoniano é usado para classificar

todos os fluidos nos quais a tensão de cisalhamento não é linearmente proporcional à taxa de

deformação, sendo estes ainda classificados como independentes do tempo ou dependentes do

tempo.

No projeto de equipamentos destinados ao processamento de frutas, para a produção

de sucos e purês, o conhecimento das propriedades ligadas aos seus padrões de

comportamento reológico determina a sua concepção e o dimensionamento de bombas,

tubulações, filtros, agitadores, evaporadores, pasteurizadores, resfriadores, congeladores,

embaladeiras, etc (QUEIROZ et al., 1996).

Para a determinação da viscosidade de líquidos são utilizados viscosímetros. Eles

podem ser classificados em dois grupos: primário e secundário. No grupo primário

enquadram-se os instrumentos que realizam uma medida direta da tensão e da taxa de

deformação da amostra de fluido. Instrumentos com diversos arranjos podem ser concebidos

para este fim: entre eles há o de disco, de cone-disco e de cilindro rotativo. Os viscosímetros

do grupo secundário inferem a razão entre a tensão aplicada e a taxa de deformação por meios

indiretos, isto é, sem medir a tensão e deformação diretamente. Nesta categoria pode-se citar o

viscosímetro capilar, onde a viscosidade é obtida por meio da medida do gradiente de pressão,

e o viscosímetro de Stokes onde ela é determinada pelo tempo de queda livre de uma esfera

(BRODKEY, 1967).

2.4.3 Calor específico

O calor específico é entendido como a quantidade de calor necessária para alterar a

temperatura de um corpo em 1 °C por unidade de massa, sem mudança de estado (BORÉM et

al., 2002). Neste sentido, é um importante parâmetro termodinâmico para determinação da

quantidade de energia a ser adicionada ou removida nos processos de aquecimento e

resfriamento de alimentos (ARAUJO et al., 2004). Kazarian e Hall (1965) reconheceram a

dificuldade de se medir o calor específico de materiais biológicos, devido ao conteúdo de

19

umidade do material e ao calor de absorção. Devido a estas dificuldades é que poucos valores

de calor específico destes materiais estão disponíveis na literatura.

Existem inúmeros métodos consolidados de determinação do calor específico

(MOHSENIN, 1980; KAMAL, 2000; VALENTAS et al., 1997), porém todos envolvem um

calorímetro, e em geral baseiam-se no equilíbrio térmico estabelecido entre um primeiro

corpo, do qual se pretende determinar o calor específico, e um segundo corpo de calor

específico conhecido. Dentre os métodos reportados na literatura o mais moderno

(VALENTAS et al., 1997) é usualmente conhecido como DSC (Differencial Scanning

Calorimetry) ou calorímetro diferencial de varredura, porém o mais frequentemente aplicado

é o método das misturas (KAZARIAN e HALL, 1965; MOHSENIN, 1980; SASSERON,

1984; VALENTAS et al., 1997). De modo simplificado, este último método consiste no

emprego de um recipiente isolado (calorímetro) de capacidade calorífica conhecida, onde é

adicionado um líquido inerte com massa conhecida e temperatura diferente da amostra de

material cujo valor de calor específico deseja-se encontrar (KAZARIAN e HALL, 1965;

MOHSENIN, 1980).

2.4.4 Difusividade térmica

A difusividade térmica mede a capacidade de um material de conduzir energia térmica

em relação à sua capacidade de armazená-la (INCROPERA e DeWITT, 2003), sendo a mais

utilizada das propriedades térmicas quando ocorre a transferência de calor em regime

transiente (ARAÚJO et al., 2004). A difusividade térmica de produtos alimentares depende da

umidade e da temperatura da amostra, assim como da composição e da porosidade da mesma.

Como a temperatura e a umidade do produto podem mudar durante o processamento, a

difusividade também é modificada. Muitas vezes, os valores de difusividades térmicas são

publicados na literatura, sem informar as condições em que os experimentos foram efetuados.

É de fundamental importância que a temperatura, a umidade, a massa específica e a

porosidade do meio sejam informadas, conforme o caso (CARBONERA et al., 2003).

A determinação experimental da difusividade térmica (α) de alimentos tem recebido

especial atenção de pesquisadores da área desde o trabalho de DICKERSON (1965), que

propôs um dispositivo para a determinação da condutividade térmica de alimentos a partir de

dados da evolução temporal de temperaturas medidas no interior da amostra.

Dickerson (1965) citado por Pereira (2001) construiu um aparelho para determinação

da difusividade térmica que utiliza condições de transferência de calor em regime transiente,

requerendo apenas dados de temperatura da amostra que aumentam linearmente com o tempo.

20

Coincidentemente, a diferença de temperatura que indica a difusividade térmica é invariável

com o respectivo tempo, facilitando a análise e interpretação dos resultados. O método produz

dados aplicáveis sobre um intervalo de tempo através do qual a amostra é aquecida

permitindo o cálculo da difusividade térmica através de um único experimento. As condições

necessárias são satisfeitas quando o termo na equação de transferência de calor é constante.

Outros autores ainda sugerem a determinação da difusividade através da Equação 1

(SWEAT, 1986), de uma fonte linear de calor (CHOI e OKOS, 1983a e 1983b) ou da

utilização do histórico de temperatura de um ponto no interior de uma amostra durante um

processo de aquecimento ou de resfriamento (BALL E OLSON, 1957 E HAYAKAWA E

BALL, 1971).

p

k

Cα =

ρ (1)

3. Material e Métodos

3.1. Local da Pesquisa e Matéria-Prima

A pesquisa foi conduzida no Laboratório de Engenharia de Processos (LEP) da

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – Campus de Itapetinga. A matéria-prima foi

adquirida de um comerciante local da cidade de Itapetinga – Bahia, sendo extraído o caldo de

cana no próprio estabelecimento. Para cada repetição foram extraídos aproximadamente 2,5

litros de caldo de cana, sendo feitas três repetições.

3.2. Pasteurização do caldo de cana

21

Aproximadamente metade do volume do caldo obtido na extração foi submetido à

pasteurização sem nenhum tratamento anterior. Foi realizada uma pasteurização lenta

utilizando um banho termostático (TE 184 - TECNAL), no Laboratório de Engenharia de

Processos, da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – UESB. O binômio tempo x

temperatura utilizado foi de 70 ºC por 30 minutos, esperando-se atingir os 70 °C para que se

iniciasse a contagem do tempo.

3.3. Caracterização físico-química

3.3.1. Determinação do pH, acidez titulável, sólidos totais, açúcares não

redutores, proteínas e umidade

Para a caracterização físico-química das amostras, foram realizadas as análises de pH,

acidez titulável (expressa em ácido cítrico), sólidos totais, açúcares não redutores, proteínas e

umidade, de acordo com métodos oficiais (IAL, 2005; AOAC, 1996).

3.4. Propriedades Termofísicas

3.4.1. Massa específica ou massa específica

A determinação da massa específica, ou massa específica, feita utilizando um

densímetro digital (ANTON PAAR – DMA 500M) e o método picnométrico. No método

picnométrico, para cada temperatura de interesse, mantida constante utilizando-se um banho

termostático (TECNAL – TE 184), o picnômetro limpo e seco foi pesado vazio em uma

balança analítica (GEHAKA – AG 200) após atingir a temperatura de interesse, e sua massa

foi devidamente registrada. Posteriormente o picnômetro foi preenchido com água destilada

na temperatura de trabalho, e sua massa medida. Então o picnômetro foi limpo e preenchido

com a amostra, também na temperatura de interesse. O valor da massa específica para a

amostra foi calculado através da Equação 2

( )( )2

2

pA V

A H O

pH O V

m m

m mρ ρ

−= ⋅

−(2)

Onde: ρA é a massa específica da amostra (g/cm3) a uma dada temperatura, ρH2O é a massa

específica da água (g/cm3) na mesma temperatura, mpA é a massa (g) do picnômetro cheio da

amostra, mpH2O é a massa do picnômetro (g) cheio de água e mV é a massa do picnômetro (g)

vazio.

As temperaturas estudadas foram de 5 a 85 ºC, variando de 20 em 20 ºC, sendo que

somente a temperatura de 85 ºC foi determinada pelo método picnométrico, para a

22

determinação das densidades nas outras temperaturas, seguiu-se a determinação através do

densímetro digital.

3.4.2. Viscosidade cinemática e dinâmica

Para a determinação da viscosidade cinemática foi utilizado um viscosímetro capilar.

Inicialmente colocou-se a amostra de aproximadamente 15 mL dentro do viscosímetro, e em

seguida o mesmo foi imerso em um banho cinemático (QUIMIS – MOD. 0303SR26), com a

temperatura mantida constante no valor desejado. Após o equilíbrio da temperatura, a amostra

foi deslocada através de um tubo capilar, registrando-se o tempo necessário para que a

amostra percorra a distância entre duas marcas adjacentes. O valor da viscosidade cinemática

foi calculado pela Equação 3.

A k tν = ⋅ (3)

Onde: νA é a viscosidade cinemática da amostra (m²/s) a uma dada temperatura, k é a constante

do aparelho (m²/s²) e t é o tempo registrado (s).

A constante do aparelho (k) foi determinada através de uma calibração anterior,

seguindo os mesmos procedimentos descritos anteriormente, porém com a utilização de água

como amostra.

Uma vez determinadas a massa específica e a viscosidade cinemática de uma amostra

a uma dada temperatura, a viscosidade dinâmica pode ser facilmente obtida a partir da

Equação 4 (MUNSON et al., 1997).

A A Aµ ν ρ= ⋅ (4)

Onde: µA é a viscosidade dinâmica da amostra (Pa∙s) a uma dada temperatura, νA é a

viscosidade cinemática da amostra (m²/s) e ρA é a massa específica da amostra (kg/m³) na

mesma temperatura.

A análise foi feita em triplicata para as três repetições determinando a viscosidade para

as temperaturas de 30, 45, 65 e 85 ºC.

3.4.3. Calor Específico

O calor específico do caldo de cana foi determinado utilizando-se um calorímetro de

mistura. O calorímetro de mistura (uma garrafa térmica com isolamento reforçado, com um

termopar adaptado para medições) (Figura 3) é cheio com água (aproximadamente 800 g) a

temperatura entre 12 e 15ºC e então é inserido no sistema um saquinho de polietileno selado

23

com 40 g da amostra. Aguarda-se o tempo suficiente para que o sistema atinja o equilíbrio.

Com as informações obtidas pode-se calcular o valor do calor específico através da Equação 5

(ARAÚJO et al., 2004). O experimento foi executado em quintuplicata para as três repetições

dos caldos in natura e pasteurizado.

A determinação da capacidade calorífica do calorímetro foi determinada a partir de

uma calibração anterior, seguindo os mesmo procedimentos descritos anteriormente, porém

com a utilização de água como amostra.

( )( )

2 2( )p H O H O cal e wp A

A i e

c m C T Tc

m T T

⋅ + ⋅ −=

⋅ −(5)

Onde: cpA é o calor específico da amostra (kJ⋅kg-1⋅°C-1), cpH2O é o calor específico da água

(kJ⋅kg-1⋅°C-1), Ccal é a capacidade calorífica do calorímetro (kJ⋅°C-1), mA é a massa de amostra

(kg), mH2O é a massa de água adicionada (kg), Te é a temperatura de equilíbrio (°C), Ti é a

temperatura inicial da amostra (°C) e Tw é a temperatura inicial da água e do calorímetro.

Figura 3. Esquema do aparato construído para medição de calor específico: (a) calorímetro (b)

e (c) aparelho para medição da temperatura (d) saquinho de polietileno com a amostra.

Foram utilizados alguns modelos para comparar os dados experimentais do calor

especifico e o valor calculado por estes modelos encontra-se na Tabela 2. Estes foram

escolhidos com base na avaliação das variáveis independentes que influenciam o calor

específico, ou seja, se estavam de acordo com aquelas estudadas no presente trabalho.

Tabela 2. Modelos da Literatura Utilizados para o Cálculo do Calor Específico dos caldos in

natura e pasteurizado.

Produto Fórmula, Cp (kJ/kgºC) Autor

Produtos alimentícios

Cp = 0,837 + 3,349 Xw SIEBEL (1892)

24

Gêneros alimentícios

Cp = 1,465 + 2,721 Xw CHOI e OKOS (1986)

Xw = teor de água em fração mássica

3.4.4. Difusidade térmica

Foi utilizado na determinação da difusividade térmica um método adaptado de

Dickerson (1965), empregando-se uma cápsula metálica de aço inoxidável, com 3,8 cm de

diâmetro, 25,5 cm de altura e 1,0 mm de espessura, e dois termopares acoplados, sendo um na

superfície externa da cápsula e o outro disposto no plano central da mesma (Figura 4).

A cápsula metálica foi totalmente preenchida com a amostra adicionada de 1 % de ágar-

ágar, para se evitar correntes de convecção, e então imersa em um banho térmico cinemático

(adaptado) a aproximadamente 2 ºC, até que o equilíbrio térmico, entre a célula e o banho

fosse alcançado. Nesse momento iniciou-se o aquecimento no banho a uma taxa constante de

cerca de 1,0 °C/min, até que a temperatura interna da cápsula alcançasse aproximadamente 85

°C. Foram registrados os valores da temperatura dos dois termopares, em intervalos de 2 min

até o fim do experimento. Foram feitas três repetições para os caldos in natura e pasteurizado.

Calculou-se então a difusividade térmica para a amostra dentro da cápsula através da Equação

6 (MOURA et al., 2003).

( )2

4AEXT INT

A R

T Tα ⋅=

⋅ − (6)

Onde: αA é a difusividade térmica da amostra (m2/s), A é a taxa de elevação da temperatura

do banho (°C/s), R é o raio interno da célula (m) e (Text – Tint) é a diferença entre a temperatura

externa e a temperatura interna da célula (°C).

Figura 4. Esquema do aparato para medição de difusividade térmica.

25

3.4.5. Delineamento Experimental e Análise dos Resultados

As análises físico-químicas e termofísicas foram submetidas à Análise de Variância

(ANOVA) pelo pacote estatístico SAS.

4. Resultados e Discussão

4.1. Caracterização Físico-Química

Na Tabela 3 estão apresentados os resultados referentes à caracterização físico-

química do caldo de cana in natura e pasteurizado.

Tabela 3 - Caracterização físico-química do caldo de cana in natura e pasteurizado.

ANÁLISES RESULTADOSCaldo in natura Caldo Pasteurizado

PhNS 5,45 ± 0,10 5,47 ± 0,20Acidez titulável Total (%)NS 1,4 ± 0,2 1,4 ± 0,3Sólidos Solúveis (expresso em º Brix)* 21,0 ± 0,0 21,7 ± 0,3

26

Umidade (%)NS 79,560 ± 0,005 79,030 ± 0,008Açúcar Não RedutorNS 15,80 ± 0,30 14,97 ± 0,30Proteína (%)* 0,32 ± 0,00 0,39 ± 0,00NS: Não significativo a 5% de probabilidade; *: Significativo a 5% de probabilidade.

O tratamento térmico aplicado ao caldo de cana in natura não alterou

significativamente a composição fisico-química do caldo de cana, com exceção do teor de

sólidos solúveis e proteínas que diferiram significativamente a 5% de probabilidade (Anexo).

Segundo Franco (2001) o teor de proteína do caldo de cana varia entre 0,5 % a 0,6 %.

Os valores encontrados para o caldo de cana in natura e pasteurizado, 0,32 % e 0,39 %,

respectivamente, neste estudo não se encontram dentro do intervalo citado.

Para o teor de sólidos solúveis, TSS, a garapa pasteurizada apresentou valores de 21,7

ºBrix. Este valor foi ligeiramente inferior aos encontrados por Prati & Moretti (2005) que

foram de 22,80 ºBrix e Martins (2004) com valores de 22 a 23,7 ºBrix em diferentes

variedades.

O valor encontrado para o teor de umidade 79,56% para o caldo in natura está dentro

da faixa encontrada por Lima et al. (2001) e Delgado (1975) 78 a 86 % e 75 a 82 %,

respectivamente. Ainda segundo Lima et al. (2001), os valores de pH e o teor de sacarose do

caldo de cana in natura apresentam-se no intervalo entre 5,2 a 6,8 e 10 a 20%,

respectivamente, estando os valores encontrados para o caldo estudado dentro das duas

faixas citadas. Também, os valores de pH para o caldo in natura e pasteurizado obtidos neste

trabalho foram próximos aos valores obtidos por Prati e Moretti (2005), 5,46, e SILVA

(2004), 5,30.

Para o caldo de cana pasteurizado foi encontrado um valor de umidade de 79,03 ±

0,008% próximo ao valor encontrado por Oliveira et al. (2007) de 80,39 ± 1,32% para a

garapa pasteurizada a 70 ºC por 25 minutos.

A acidez total titulável, ATT, é uma análise que, quando, realizada em produtos de

origem vegetal, auxilia na determinação da qualidade e maturação da matéria-prima. Os

caldos analisados neste trabalho apresentaram valores de ATT iguais a 1,4 % de ácido cítrico.

Para Prati & Moretti (2005) os valores de ATT foram de 0,15 % de ácido cítrico, para Silva

(2004) de 0,56 % de ácido cítrico. Silva (2004) relata que a grande variação entre os valores

de acidez pode ser explicada pelo fato dos ácidos presentes na cana-de-açúcar serem ácidos

orgânicos e, por isso, considerados ácidos fracos. Desta forma, mesmo presentes em grandes

quantidades, não são suficientes para reduzir o pH do caldo de cana. O estágio de maturação

da cana de açúcar também influencia na concentração destes ácidos. Quanto mais avançado o

27

estágio de maturação, menor a concentração de ácidos, conforme trabalhos publicados por

Qudsieh et al. (2002) citado por Silva (2004).

Os açúcares não redutores presentes no caldo de cana são representados,

principalmente, pela sacarose. Segundo Delgado e César (1975), o teor de sacarose no caldo

de cana in natura está entre 14,5 e 23,5%. Os valores encontrados nesse trabalho estão na

faixa sugerida por esse autor, porém, acima do valor apresentado por Oiticica et al. (1975),

18%.

Diversos fatores podem alterar a composição físico-química do caldo de cana como:

idade fisiológica da cultura, condições climáticas durante o desenvolvimento e maturação,

época de colheita, formas de corte (manual ou mecânico), propriedades físicas, químicas e

microbiológicas do solo e tipo de cultivo (PARANHOS, 1987 e SILVA, 2003).

4.2. Propriedades Termofísicas

4.2.1. Massa específica

Os resultados experimentais para a massa específica do caldo de cana in natura e

pasteurizado para as temperaturas estudadas são apresentados na Tabela 2. Não houve

diferença significativa para a massa específica entre o caldo in natura e pasteurizado a 5% de

probabilidade pelo teste F (Anexo). Os dados para temperaturas inferiores a 75 ºC foram

determinados utilizando o densímetro de bancada, porém para a temperatura de 85 ºC não foi

possível fazer a determinação através deste equipamento, pois ocorreu a formação de muitas

bolhas. Segundo Choi e Okos (1986), existe certa dificuldade em mensurar a massa específica

em temperaturas superiores a 80ºC. Dessa forma, foi utilizado o método picnométrico para a

determinação a 85 ºC.

Na Figura 5 é apresentada a variação da massa específica com a temperatura para o

caldo de cana in natura e caldo de cana pasteurizado. Analisando o comportamento da curva,

percebe-se que a temperatura exerceu uma influência semelhante para ambos os caldos, ou

seja, com o aumento da temperatura há uma diminuição nos valores de massa específica dos

caldo in natura e pasteurizado. Este comportamento também foi observado por outros autores

que trabalharam com derivados de frutas, como suco de maçã (CEPEDA e VILLARÁN,

1999); suco e purê de pêssego (RAMOS e IBARZ, 1998); suco de amora (CABRAL 2007).


pasteurizado.

Massa específica (kg/m³)

28

Temperatura (ºC) In natura Pasteurizado5 1093,099 1088,70825 1086,092 1085,68145 1076,764 1073,20065 1067,051 1060,07085 1033,550 1036,730

y = -0,0085x2 + 0,0913x + 1089,9R2 = 0,9903

1030

1040

1050

1060

1070

1080

1090

1100

0 20 40 60 80 100

Temperatura (ºC)

Den

sid

ade

(kg

/m³)

Densidade

Polinômio (Densidade)

Figura 5. Massa específica do caldo de cana in natura e pasteurizado em função da

temperatura.

A massa específica do caldo de cana pode ser útil para averiguação de adulteração da

bebida pela adição de água ou sacarose, pois quanto maior a quantidade de água mais

próximo estaria esse valor da massa específica da água e quanto maior a quantidade de

sacarose, mais alto seria o valor da massa específica.

O modelo polinomial de segunda ordem foi o que melhor se ajustou na curva de massa

específica em função da temperatura para o caldo de cana in natura e para o caldo de cana

pasteurizado, sendo representados pela Equação 7, sendo confirmado pelo alto valor de

coeficiente de determinação, R².

ρ = -0,0085T² + 0,0913T + 1089,9 R² = 0,9903 (7)

Onde: ρ é a massa específica (kg/m³); T é a temperatura (ºC).

4.2.2. Viscosidade

Os resultados experimentais para a viscosidade do caldo de cana in natura e

pasteurizado para as temperaturas estudadas são apresentados na Tabela 3. Ocorreu diferença

29

significativa entre os valores de viscosidade para os caldos de cana in natura e pasteurizado a

5 % de probabilidade pelo teste F (Anexo).

Tabela 5 - Valores experimentais da viscosidade do caldo de cana in natura e pasteurizado.

Viscosidade (Pa.s)Temperatura (ºC) In natura Pasteurizado

25 1,44E-03 3,47E-0345 9,29E-04 2,34E-0365 6,13E-04 1,49E-0385 4,07E-04 9,71E-04

Através da Figura 6 pode-se perceber que a viscosidade do caldo de cana in natura e

pasteurizado diminui em função da temperatura. Pode-se ainda predizer que o caldo de cana

pasteurizado apresentou maiores valores de viscosidade para mesmas temperaturas que o

caldo de cana in natura.

0,00E+00

1,00E-032,00E-03

3,00E-03

4,00E-03

5,00E-036,00E-03

7,00E-03

0 20 40 60 80 100T e mp e ra t ura ( ºC )

In Natura

Pasteurizado

Figura 6. Viscosidade dinâmica do caldo de cana in natura e pasteurizado em função

da temperatura.

O comportamento reológico dos sucos é influenciado pela sua composição tanto

quantitativa quanto qualitativa e, por conseqüência, dependerá do tipo de fruta e dos

tratamentos realizados no seu processo de elaboração.

O modelo exponencial foi o que melhor se ajustou às curvas de viscosidade em função

da temperatura tanto para o caldo de cana in natura quanto para o pasteurizado, sendo

representados pelas Equações 9 e 10, respectivamente.

μ = 0,0024e-0,0211T R² = 0,9997 (8)

μ = 0,006e-0,0213T R² = 0,9992 (9)

Onde: μ é a viscosidade dinâmica (Pa∙s); T é a temperatura (ºC).

Os modelos obtidos para a viscosidade em função da temperatura podem ser

facilmente aplicados em cálculos de engenharia e dimensionamento de equipamentos, em

30

toda a faixa de temperatura dos ensaios experimentais (30 a 85oC), resultando valores de

viscosidades das soluções com baixos desvios em relação aos valores reais.

4.2.3. Calor específico

Não houve diferença significativa entre o calor específico dos caldos de cana in natura

e pasteurizado a 5 % de probabilidade pelo teste F (Anexo). Dessa forma o calor específico

para os dois caldos é de 3,767 kJ/kgºC (Tabela 6).

O calor específico de sucos de frutas apresentados por Choi e Okos (1986), situa-se

entre 3,00 a 4,00 kJ/kgºC. Outros pesquisadores reportam valores de calor específico de frutas

na mesma faixa mencionada, como 3,346 kJ/kgºC para o açaí (PEREIRA, 2002), 3,616

kJ/kgºC para polpa de bacuri (MUNIZ et al, 2006), valores bem próximo dos encontrados

experimentalmente neste trabalho para caldo de cana in natura e pasteurizado.

O caldo de cana pasteurizado não apresentou grande diferença no valor do calor

específico em relação ao caldo de cana in natura.

Tabela 6 - Valores médios do calor específico do caldo de cana in natura e pasteurizado.

Caldo Cp (kJ/kgºC)

In natura e Pasteurizado 3,767 ± 0,13

Os valores experimentais de calor específico também podem ser confrontados aos

obtidos através de modelos de predição. A Tabela 4 ilustra essa comparação.

O valor de calor específico, estimado pela equação de Siebel (1892) não encontra-se

em concordância, quando comparado com o valor experimental. A não concordância entre o

valor de calor específico determinado experimentalmente e os obtidos pelas equações

empíricas se deve ao fato das propriedades térmicas dos alimentos sofrerem mudanças

substanciais com a composição destes. No entanto, este parâmetro não é levado em

consideração nas equações analisadas, somente o teor de água (MARQUES, 2008).

Tabela 7 – Comparação entre os valores experimentais e valores preditos a partir de modelos propostos.

Cp (kJ/kg°C) Desvio*(%)In natura e Pasteurizado

Experimental 3,767 -SIEBEL (1892) 3,501 7,3

CHOI e OKOS (1986) 3,63 3,9

*Desvio em relação ao valor experimental.

31

4.2.4.Difusividade Térmica

Os valores de difusividade térmica podem ser calculados a partir da Equação 6. Para a

determinação da difusividade térmica do caldo de cana in natura e pasteurizado, o valor do

parâmetro “A” foi obtido do coeficiente angular da reta ajustada aos dados experimentais de

elevação da temperatura do lado externo da cápsula metálica, conforme pode ser observado

nas Figuras 7 e 8.

y = 0,7115x + 5,6916R2 = 0,9927

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100

Tempo (min)

Tem

per

atu

ra (

ºC) Temperatura Interna

Temperatura Externa

Linear (TemperaturaExterna)

Figura 7. Perfil de temperatura em função do tempo na determinação da difusividade

térmica do caldo de cana in natura.

y = 0,7224x + 5,1001R2 = 0,9929

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

0 20 40 60 80 100

Tempo (min)

Tem

per

atu

ra (

ºC) Temperatura Interna

Temperatur. Externa

Linear (Temperatur.Externa)

Figura 8. Perfil de temperatura em função do tempo na determinação da difusividade

térmica do caldo de cana pasteurizado.

32

A partir das informações obtidas, foi possível calcular a difusividade térmica para os

tratamentos em questão. Os resultados são apresentados na Figura 9, para os caldos de cana

in natura e pasteurizado, bem como as equações ajustadas.

y = 0,0005x2 - 0,0213x + 1,3905R2 = 0,967

y = 0,0005x2 - 0,0237x + 1,4236R2 = 0,9596

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura (ºC)

Dif

usi

vid

ade

(E-0

7 m

²/s)

In Natura

Pasteurizado

Polinômio (Pasteurizado)

Polinômio (In Natura)

Figura 9. Difusividade térmica em função da temperatura para os caldos de cana in

natura e pasteurizado.

Na Figura 9 se observa em ambos os caldos que a partir de 10 ºC a difusividade

térmica aumentou com o aumento da temperatura. Ao levar em consideração que no trabalho

de Choi e Okos (1983a) a determinação da difusividade inicia-se a 20 ºC, podemos considerar

que nesta mesma faixa os dados experimentais do caldo de cana in natura e pasteurizado

estão de acordo com o esperado, onde o regime passa a ser permanente.

A equação quadrática foi a que melhor se ajustou aos dados experimentais para o

caldo de cana in natura e pasteurizado, sendo apresentadas nas Equações 11 e 12,

respectivamente. Os valores da difusividade térmica variaram entre 1,0 x 10-7 e 2,1 x 10-7 m2 s-

1, para o caldo in natura e pasteurizado.

α = 5E-11T² - 2E-09T + 1E-07 R² = 0,9596 (11)

α = 5E-11T² - 2E-09T + 1E-07 R² = 0,967 (12)

Onde: α é a difusividade térmica (m²/s); T é a temperatura (ºC)

33

5. Conclusão

As características físico-químicas estudadas no caldo de cana não sofreram mudança

significativa (p>0,05) devido ao processo de pasteurização, com exceção do teor de sólidos

solúveis e proteínas, apresentando-se na maioria dos casos de acordo com o apresentado por

vários autores.

Verificou-se que, a massa específica diminuiu com o aumento da temperatura, o que

foi observado por vários outros autores. O calor específico apresentou-se dentre a faixa

apresentada para sucos de frutas, 3,00 a 4,00 kJ/kgºC. A difusividade térmica aumentou com

o aumento da temperatura, apresentando uma pequena queda nas temperaturas mais baixas até

um valor de aproximadamente 10 ºC.

A viscosidade do caldo de cana in natura e pasteurizado diminuiu em função da

temperatura, sendo que o caldo de cana pasteurizado apresentou maiores valores de

viscosidade para mesmas temperaturas que o caldo de cana in natura. Ocorreu diferença

significativa para a viscosidade entre os caldos de cana in natura e pasteurizado (p>0,05).

34

As propriedades termofísicas de calor específico e massa específica não diferiram

significativamente segundo teste estatístico a 5 % de probabilidade.

Devido à pequena variação das propriedades físico-químicas e termofísicas do caldo

de cana utilizado neste trabalho submetido à pasteurização comparado ao caldo in natura

pode-se concluir que o tratamento térmico não alterou essas propriedades. Isto mostra que a

pasteurização pode ser utilizada para a produção de produtos agroindustrializados, devendo

ainda ser submetido a testes microbiológicos e a avaliações sensoriais para avaliar a aceitação

do consumidor.

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ANEXO

pH

FV GL SQ QM F PMatéria Prima 1 8,57E-04 8,57E-04 0,06 0,8126

Resíduo 4 5,35E-02 1,34E-02Total 5 5,43E-02

UMIDADE



AÇÚCAR NÃO REDUTOR



ACIDEZ


41


SÓLIDOS SOLÚVEIS



PROTEÍNAS



CALOR ESPECÍFICO



VISCOSIDADE

FV GL SQ QM F PMatéria Prima 1 3,05E-09 3,05E-09 117,93 <0,0001Temperatura 3 3,26E-06 1,09E-06 41971,2 <0,0001

Interação 3 1,44E-08 4,81E-09 185,75 <0,0001Resíduo 16 4,14E-10 2,59E-11

Total 23 3,28E-06

DENSIDADE

FV GL SQ QM F PMatéria Prima 1 23,23435 23,23435 0,34 0,57Temperatura 4 7838,689 1959,672 29,03 <0,0001

Interação 4 50,37076 12,59269 0,19 0,9401Resíduo 10 675,0216 67,50216

Total 19 8587,315

42

EFEITO DA PASTEURIZAÇÃO NAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS E PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DO...

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