Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.18, n.4, p.455-460, 2016 455

ISSN: 1517-8595

ARTIGO TÉCNICO

ESTUDO DA SECAGEM DA SEMENTE DO CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum)

Petrik Kelvyn da Silva Silva1, Matheus Pereira Pereira

2, Larissa Cristina

Coelho Marinho3

RESUMO

O presente trabalho teve por objetivo fazer o estudo de secagem da semente do cupuaçu

(Theobroma grandiflorum Schum), cujo o interesse pela indústria de alimentos vem crescendo em virtude da similaridade dos seu produtos com os do cacau, como por exemplo o chocolate. A

secagem foi feita em um secador tipo túnel operando com fluxo de ar a 2,2 m/s e temperatura

media de 41,9 °C. Obteve-se uma redução de 78% do teor de água em 6,5 horas de experimento. Os dados de secagem foram ajustados aos modelos de Lewis, Page, Henderson & Pabis e de

Midilli, sendo este ultimo o que teve melhor resultado.

Palavras chave: Theobroma grandiflorum, cinética de secagem, modelos matemáticos

DRYING STUDY OF THE CUPUAÇU FRUIT (Theobroma grandiflorum Schum)

SEEDS

ABSTRACT

The present assingment aimed to develop a study about drying of the cupuaçu fruit (Theobroma grandiflorum Schum) seeds, which its relevance to the food industry is growing, based on its

similarities with cocoa products, for example the chocolate. The drying process was made in lab

scale tunnel dryer with airflow rate of 2.2 m.s-1

and temperature of 41.9 ºC. The reduction of the moisture content was 78% in 6.5 hours of experiment. The collected data was used in

mathematical models such as Lewis, Page, Henderson & Pabis and Midilli, which this last one,

best represents the experiment with its established conditions.

Keywords: Theobroma grandiflorum, drying process, mathematical models

Protocolo 18 2015 40 de 28/06/2015 1 Aluno do curso de Graduação em Engenharia Química, UEAP. Av. Presidente Getúlio Vargas 650, Centro, CEP 68900-070, Macapá-AP E-mail: pe.kelvyn7@gmail.com 2 Aluno do curso de Graduação em Engenharia Química, UEAP. Av. Presidente Getúlio Vargas 650, Centro, CEP 68900-070, Macapá-AP E-mail: laracgcmarinho@hotmail.com 3 Aluno do curso de Graduação em Engenharia Química, UEAP. Av. Presidente Getúlio Vargas 650, Centro, CEP 68900-070, Macapá-AP E-mail: matheus-p-p@hotmail.com

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.18, n.4, p.455-460, 2016 456

ISSN: 1517-8595

INTRODUÇÃO

O Cupuaçu (Theobroma grandiflorum

Schum) é nativo da Região amazônica e sua

polpa apresenta características ideais para o aproveitamento industrial (Costa et al.,

2003).Embora o valor econômico do fruto do

cupuaçuzeiro seja representado pela polpa, um dos subprodutos de seu processamento, as

sementes, tem despertado interesse pelo setor

industrial, haja vista que podem ser utilizadas para obtenção de alimento semelhante ao

chocolate.

Segundo Cohen (2005) o aumento da

industrialização da polpa de cupuaçu, tem propiciado um volume significativo de

sementes, que correspondem a 20% do peso do

fruto. Estas são ricas em gordura e, quando fermentadas, secas e torradas adequadamente,

podem ser utilizadas na elaboração de produtos

análogos aos oriundos das amêndoas de cacau. O interesse do setor industrial pelas

sementes do cupuaçu é acompanhado da

necessidade de se obter formas para sua

conservação, reduzindo as perdas pós-colheita, geralmente provocadas pelo tempo demandado

no transporte, visto que muitas regiões

potencialmente produtoras de cupuaçu estão afastadas de pólos industriais.

A secagem de sólidos é uma das mais

antigas e usuais operações unitárias, encontrada

nos mais diversos processos. (Menon & Mujumdar, 1987). Esse processo visa à retirada

parcial da água de um solido através da

transferência de calor do ar para o solido e de massa de água do solido para o ar. (Foust et al.,

1982). Em consonância Park (2007) afirma que

a secagem tem a finalidade de eliminar um líquido volátil contido num corpo não volátil,

através de evaporação.

A desumidificação do material solido

ocorre através da evaporação da água na superfície do solido devido a diferença da

concentração e da pressão de vapor. Na medida

em que ocorre a retirada da água na superfície ocorre à difusão da umidade do interior do

material para a superfície, tendendo em manter

o equilíbrio. Na Figura 1 há um esquema de secagem, onde “sorvedor de vapor de água” é o

receptor de vapor de água (geralmente o Ar).

Figura 1: Esquema de Secagem. Fonte: Alonso

(1998)

Para Sonia Celestino (2010) dentre as

vantagens atribuídas a secagem dos alimentos

estão: o aumento da vida útil do produto, a redução do volume e consequentemente a

facilidade no transporte. Andrade et al (2003)

explica que o aumento da vida útil ocorre em

virtude da desidratação, pois a quantidade de água livre é responsável pelas principais causas

de deterioração nos alimentos. Sendo assim a

secagem provoca um grande impacto econômico, visto que alem de reduzir custos

com transportes e perdas pós-colheita tem um

baixo custo de processamento.

A secagem de sementes pode ser descrita pelos métodos teóricos, semiteóricos ou

semiempiricos e empíricos. Em geral, os

métodos teóricos consideram as condições, os mecanismos internos de transferência de

energia e massa, incluindo seus efeitos, e as

condições operacionais externas (Brookeret al., 1992). Os métodos empíricos tem como base

uma abordagem experimental onde apresentam

uma relação direta entre o tempo de secagem e

o conteúdo médio de umidade. Os modelos semi-empiricos mesclam a teoria relacionada ao

processo e a facilidade de utilização. Segundo

Brookeret al. (1992) os modelos semi-empiricos se baseiam na Lei de resfriamento de

Newton aplicada a transferência de massa, onde

assume-se que a resistência e a transferência de massa ocorram apenas na superfície do solido e

que a operação ocorre em condições

isotérmicas.

Os modelos semiteóricos são amplamente utilizados, pois estes contribuem

para que haja harmonia entre teoria e prática,

além da sua facilidade de uso (Antônio, 2009). Entre os modelos semiteóricos, o modelo de

Dois Termos, o de Henderson e Pabis, o de

Lewis e o de Page e Midilli, são os mais

utilizados (Panchariya et al., 2002). Sendo assim o presente trabalho objetiva

obter dados de secagem para subsidiar esse

processo como forma de conservação da amêndoa do cupuaçu. Os dados do experimento

457

de secagem serão analisados por meio de

simulação matemática e analise estatística com

o intuito de determinar modelos matemáticos que representem satisfatoriamente esse

processo.

MATERIAIS E METODOS

Os ensaios de secagem foram

realizados no Núcleo Tecnológico de Engenharia (NTE) da Universidade do Estado

do Amapá (UEAP) Macapá, AP onde

contempla um secador do tipo túnel.

Matéria Prima

Foram selecionadas três frutas de cupuaçu para a retirada das sementes,

inicialmente, as sementes do cupuaçu passaram

por um processo de remoção da polpa e das membranas externas através do atrito da

semente com um pano (Figura 2A) e

posteriormente foram cuminuidas para facilitar

a secagem (Figura 2B).

Fonte: Auto

Figura 2: Sementes (A) antes e após a retirada

dos vestígios da polpa.(B) Trituradas pré-

secagem. Antes do ensaio de secagem no túnel de

secagem determinou-se o teor de umidade da

amostra (ou umidade de equilíbrio) obedecendo

ao Método de secagem das sementes inteiras em estufa elétrica a 105 °C durante 24 horas. O

resultado foi obtido através da diferença de

massa da amostra úmida e seca, conforme explicito na Tabela 1.

Tabela 1: Dados da secagem em estufa

Amostra

Massa

Inicial

(Mi)

Massa

Final

(Mf)

Diferença Teor de

água (%)

1 33,239 19,980 13,258 39,8885

2 35,070 21,428 13,642 38,8992

O teor de água foi calculado pela equação

abaixo. A média da umidade obtida foi de 39,3938%.

𝑋(%) = (𝑋𝑖 − 𝑋𝑓

𝑋𝑖) . 100

MATERIAIS E MÉTODOS

Para os ensaios de secagem utilizou-se

o sistema de secagem composto por um secador

tipo túnel (Figura 3) com estrutura para operar com fluxo de ar a 2,2 m/s e com resistências

elétricas que estabilizaram a temperatura média

em 41,9 °C.

Figura 3: Secador Tipo Túnel. Fonte: Autor

Foram utilizadas 87,81 g de semente de

cupuaçu para o ensaio. Após o início dos testes,a redução do teor de umidade das

sementes foi monitorada em intervalos 3, 5, 10

e 15 minutos, apurando a variação em termos de massa mediante pesagens em balança

digital,a fim de construir a curva de secagem

com os dados obtidos assim como alimentar os

modelos matemáticos e proceder com análise estatística.

Concomitantemente à analise das massas

foram determinadas a temperatura e a umidade relativa do ar de secagem, por meio de um

Anemômetro Digital Portátil.

Para o ajuste dos dados experimentais foram utilizados os seguintes modelos

empíricos e semiempiricos:

Tabela 2:Modelos de Secagem

MODELO EQUAÇÃO

Lewis (1921) 𝑅𝑋 = exp(−𝑘. 𝑡)

Page (1994) 𝑅𝑋 = exp(−𝑘. 𝑡𝑛)

Henderson E Pabis

(1979) 𝑅𝑋 = 𝑎. exp(−𝑘. 𝑡)

Midilli (2002) 𝑅𝑋 = 𝑎. exp(−𝑘. 𝑡𝑛)

+ 𝑏. 𝑡

k – Constante de secagem; a,b,n – Constante do

modelo

Os parâmetros dos modelos foram determinados pelo método de Quasi-Newton no

software Statistica e os gráficos foram plotados

no Software OriginLabPro8.

458

As modelagens das curvas de secagem

foram obtidas pela conversão dos dados

referentes à perda de água no parâmetro adimensional razão de teor de água (RX). A

razão de teor de água é essencial para descrever

diferentes modelos de secagem (Andreza,

2015). O parâmetro adimensional RX foi obtido pela seguinte equação e esta disposto na Tabela

2:

𝑅𝑋 =𝑋(𝑡)

𝑋0

onde:

X(t) – Umidade em t

X0 – Umidade Inicial

A representação dos dados

experimentais pelos modelos testados foi

avaliada através do coeficiente de correlação

(R2)e o erro percentual médio (P) para avaliar

se os modelos utilizados foram ou não preditivos (P < 10%),dado pela equação (1):

𝑃 =100

𝑁∑

𝑅𝑋𝑒𝑥𝑝−𝑅𝑋𝑝𝑟𝑒𝑑

𝑅𝑋𝑒𝑥𝑝

𝑛𝑖=1 (1)

onde,

P = Erro percentual médio (%);

RXexp= razão de umidade experimental;

RXobs= razão de umidade predita pelo modelo; N = número de dados experimentais.

RESULTADOS E DISCUSÕES

Os dados obtidos durante o procedimento

de secagem estão expostos no Grafico1.

Com base nesses dados foram construída as curva de secagem conforme o Gráfico 1.

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

60

65

70

75

80

85

90

Ma

ssa

(g

)

t(min) Grafico1: Curvas de secagens: (1) massa x tempo (2) teor de água x tempo

Observou-se uma redução de 26,88 g em

massa da semente, o que corresponde a uma

redução de 30% da massa inicial e de 78% do teor de água.

As modelagens das curvas de secagem

foram obtidas utilizando o teor de água

adimensional das sementes (vide Tabela 2), e

plotando em função do tempo. Os parâmetros obtidos pelo software Statistica para cada

modelo estão na Tabela 4.

Tabela 4:Parâmetro dos Modelos de secagem

Modelo Parâmetro

k n a b

Lewis 0,0062 ±1,726E-4 - - -

Page 0,01815 ±1,66E-3 0,77815±1,87E-2 - -

Henderson &

Pabis 0,005487±2,008-4 - 0,93288±1,46E-2 -

Midilli 0,013709±4,464E-4 0,89028±6,74E-3 1,03980±2,83E-3 0,0004083± 7,03E-6

Teo

r d

e ág

ua

459

(a) (b)

(c) (d)

Grafico 2 - Adequação da curva aos modelos de secagem (a) Lewis, (b) Page, (c) Henderson & Pabis, (d) Midilli

Os resultados das analises estatísticas

estão na Tabela 5:

Tabela 5:Parâmetros de avaliação de modelos R

2 e P

MODELO R2 P

Lewis 0,9501 12,64214

Page 0,9854 6,167475

Henderson & Pabis 0,9627 10,00959

Midilli 0,9998 0,560889

Sendo assim o modelo de Midilli foi o que melhor representou os dados experimentais com

um R2 igual a 0,99984 e um erro percentual de

0,560889, a boa adequação se explica pelo

numero de parâmetros do modelo. O Modelo de Page apresentou resultado satisfatório para o

numero de parâmetros utilizados obtendo um R2

de 0,98574 e um erro de 6,167475. O resultado

obtido pelo modelo de Page era previsto, pois

Bruce (1985) afirma que o modelo de page

descreve melhor a secagem de produtos agrícolas e Shamar (1982) ressalta a eficiência

desse modelo para descrever a secagem de

grãos em camada fina.

CONCLUSÕES

Neste trabalho foi feito a analise do

processo de Secagem da amêndoa do cupuaçu.

Obtendo-se uma redução de 78% do teor de

umidade em 6,5 horas de experimento a 41,9 °C.

Os modelos que melhor descrevem esse

processo são o de Page e o de Midilli que obtiveram coeficiente de correlação (R

2) de

0,99984 e 0,98574, respectivamente.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 RX

t (min)

Experimental Lewis

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

RX

t (min)

Expeimental Page

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

RX

t (min)

Experimental Henderson & Pabis

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

RX

t (min)

Expeimnetal Midilli

460

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461

Tempo

(min)

Ambiente Temperatura

de Secagem

do Ar

Massa

(g)

Teor de

Umidade (%)

Razão de teor de

agua (RU) Umidade

Relativa

3 60,2 42 87,81 39,39 1 6 60,2 42 86,77 38,21 0,970 9 60,3 42 85,97 37,29 0,947

12 60,4 42 85,25 36,47 0,926 15 60,4 42 84,49 35,61 0,904 18 60,7 42 83,63 34,63 0,879 21 60,7 42 82,87 33,76 0,857 24 60,7 42 82,03 32,81 0,833 27 60,8 43 81,38 32,07 0,814 30 61 43 80,69 31,28 0,794 33 63,9 43 80,07 30,58 0,776 36 66 43 79,49 29,91 0,759 39 69,9 43 78,95 29,30 0,744 42 69,9 43 78,43 28,71 0,729 45 71,1 43 77,91 28,12 0,714 48 73,9 43 77,39 27,52 0,699 51 73,7 43 76,94 27,01 0,686 54 75,7 43 76,42 26,42 0,671 57 75,7 43 75,72 25,62 0,650 60 75,7 43 75,19 25,02 0,635 65 76,4 43 74,49 24,22 0,615 70 76,4 43 73,79 23,42 0,595 75 76,7 43 73,09 22,63 0,574 80 77 43 72,51 21,97 0,558 85 78 43 71,95 21,33 0,541 90 78,4 43 71,41 20,71 0,526 95 80,1 43 70,89 20,12 0,511 100 78,3 43 70,34 19,49 0,495 105 79,6 43 69,83 18,91 0,480 110 78,4 43 69,31 18,32 0,465 120 75 42 68,48 17,38 0,441 130 74,8 42 67,62 16,40 0,416 140 74,8 41 66,94 15,62 0,397 150 72,5 41 66,32 14,92 0,379 160 73,8 41 65,8 14,32 0,364 170 73,2 41 65,27 13,72 0,348 180 72,5 41 64,88 13,28 0,337 190 72,1 41 64,48 12,82 0,325 200 72,2 41 64,03 12,31 0,312 210 69,9 41 63,41 11,60 0,295 225 72 41 62,91 11,03 0,280 240 72,9 41 62,39 10,44 0,265 255 74,3 41 62,1 10,11 0,257 270 74,5 40 61,7 9,66 0,245 285 75,3 40 61,62 9,56 0,243 300 75,4 40 61,5 9,43 0,239 315 75,4 40 61,33 9,23 0,234 330 75,3 41 61,28 9,18 0,233 345 72,2 41 61,05 8,92 0,226 360 73 41 60,99 8,85 0,225 375 75,7 41 60,94 8,79 0,223 390 75,4 41 60,93 8,78 0,223

Tabela 3: Dados de Secagem no Túnel