propriedades termofísicas e comportamento reológico da polpa de jenipapo (genipa americana l.)

5/26/2018 Propriedades Termof sicas e Comportamento Reol gico Da Polpa de Jenipapo (G...

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA UESB

PRO-REITORIA DE PESQUISA E PS-GRADUOPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS

PROPRIEDADES TERMOFSICAS ECOMPORTAMENTO REOLGICO DA POLPA DE

JENIPAPO (Genipa americanaL.)

NORMANE MIRELE CHAVES DA SILVA

ITAPETINGA BAHIA - BRASILNOVEMBRO - 2008



2

NORMANE MIRELE CHAVES DA SILVA

PROPRIEDADES TERMOFSICAS E COMPORTAMENTO REOLGICO DAPOLPA DE JENIPAPO (Genipa americanaL.)

Dissertao apresentada Universidade Estadual doSudoeste da Bahia-UESB, como parte das exigncias doPrograma de Ps-Graduao de Mestrado em Engenhariade Alimentos, rea de Concentrao em Engenharia de

Processos de Alimentos, para obteno do ttulo deMestre.

Orientadora: Prof. D.Sc. Renata Cristina Ferreira Bonomo

Co-Orientador: Prof. D.Sc. Modesto Antonio Chaves

Co-orientador: Prof. D.Sc. Paulo Bonomo

ITAPETINGA BAHIA - BRASILNOVEMBRO - 2008



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634.44S581p

Silva, Normane Mirele Chaves.Propriedades termofsicas e comportamento reolgico da polpa de jenipapo

(genipa americana l.). / Normane Mirele Chaves Silva. Itapetinga-Ba:Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia-UESB, 2008.

56p. Il.Dissertao do Programa de Ps-Graduao Strictu Senso do Curso de

Ps-graduao em Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual doSudoeste da Bahia - UESB. Sob a orientao da Prof. D.Sc. Renata CristinaFerreira Bonomo e Co-orientadores, Prof. D.Sc. Modesto Antonio Chaves eProf. D.Sc. Paulo Bonomo.

Dissertao normalizada e revisada por Rogrio Pinto de Paula CRB1746-6 Reg.

1. Engenharia de Processos de Alimentos Polpa de Jenipapo Propriedades termofsicas Reologia. 2. Frutas tropicais Jenipapo. I.Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia-UESB - Programa de Ps-

Graduao em Engenharia de Alimentos. II. Bonomo, Renata Cristina Ferreira(Orientadara). III. Chaves, Modesto Antonio (Co-orientador). IV. Bonomo,Paulo (Co-orientador). V.Ttulo.

CDD(21) 634.44

Catalogao na Fonte:

Rogrio Pinto de Paula CRB 1746-6 Reg.Diretor da Biblioteca Regina Clia Ferreira Silva BIRCEFS

Presidente do Conselho de Bibliotecas da UESBUESB Campus de Itapetinga-BA

ndice Sistemtico Para Desdobramentos Por Assunto:

1 Engenharia de Alimentos Processos Polpa de Jenipapo2 Jenipapo Propriedades termofsicas - Reologia3 Frutas tropicais Jenipapo



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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA UESB

PROGRAMA DE PS-GRADUAO ENGENHARIA DE ALIMENTOS

rea de Concentrao em Engenharia de Processos de Alimentos

Campus de Itapetinga BA

TERMO DE APROVAO

Ttulo: Propriedades Termofsicas e Comportamento Reolgico da Polpa de Jenipapo(Genipa americanaL.).

Autor: Normane Mirele Chaves da Silva

Aprovada como parte das exigncias para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia de

Alimentos, rea de concentrao em Engenharia de Processos de Alimentos, pela Banca

Examinadora:

_____________________________________________Prof. D.Sc. Renata Cristina Ferreira Bonomo UESB

Presidente

_____________________________________________Prof. D.Sc. Luciano Brito Rodrigues UESB

_____________________________________________Prof. D.Sc. Edwin Elard Garcia Rojas UFF

Data da defesa: 28/11/2008

UESB Campus Juvino Oliveira, Praa Primavera n 40 Telefone: (77) 3261-8629Fax: (77) 3261-8701 Itapetinga BA CEP: 45.700-000 E-mail: [email protected]



5

Para minha me Sueli,

E toda minha famlia!

DEDICO



6

AGRADECIMENTOS

Agradeo primeiramente Deus, que a semente germinadora que transforma nossos

sonhos em realidade;

Profa. D.Sc. Renata Cristina Ferreira Bonomo pela orientao, dedicao, incentivo,

amizade, minha eterna gratido;

Ao Prof. Rafael Fontam, pelo empenho dispensado, e tambm conhecimento transmitido

nos momentos de dvidas;

Ao Prof. Srgio de Castro, pela disposio abrindo caminhos para realizao do

experimento;

Aos meus co-orientadores Prof. D.Sc. Paulo Bonomo e Prof. D.Sc. Modesto Antonio

Chaves pelas valiosas sugestes na elaborao da dissertao;

Ao meu namorado Lucas pelo carinho, pacincia, por est presente em minha vida nosmomentos de alegria e de incertezas me dando foras para superar os desafios;

UESB pela bolsa concedida durante o curso de Mestrado;

Vanessa e Evaldo , pela importante ajuda na parte experimental e por estarem sempre

dispostos a me ajudar;

Aos colegas e amigos do Mestrado, em especial Eliza, Ellen, Alexandra, talo, Ivan,

Calila e Gutto, pela companhia e cumplicidade.

E a todos que de alguma maneira cruzaram e colaboraram nesta minha jornada.



7

De tudo ficaram trs coisas:

A certeza de que estamos sempre comeando

A certeza de que preciso continuar

E a certeza de que podemos ser interrompidos

Antes de terminar;

Fazer da interrupo um caminho novo,

Fazer da queda um passo de dana,

Do medo uma escola,

Do sonho uma ponte,

Da procura um encontro,

E assim ter valido apenas existir!

(Fernando Pessoa)


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8

RESUMO

SILVA, N.M.C. Propriedades Termofsicas e Comportamento Reolgico de Polpa de Jenipapo(Genipa americana L.). Itapetinga BA: UESB, 2008. (Dissertao Mestrado em Engenharia deAlimentos Engenharia de Processos de Alimentos)(1)

Neste trabalho objetivou-se determinar as propriedades termofsicas e reolgicas da polpade jenipapo. O experimento foi realizado no Mdulo de Laboratrios da Universidade Estadual doSudoeste da Bahia UESB, Campus de Itapetinga, BA. A caracterizao da polpa foi feitadeterminando-se o teor de slidos solveis, pH, acidez total, umidade, protenas, fibras e cinzas. Aspropriedades termofsicas determinadas foram: o calor especfico, a massa especfica, adifusividade trmica e a condutividade trmica. Para determinao destas propriedades foramutilizadas polpas com diferentes teores de gua, numa faixa de 76% a 94%. A influncia datemperatura nas mesmas tambm foi avaliada, sendo a faixa de temperatura de 5oC a 80 oC. Foiavaliado o efeito do teor de slidos totais e da temperatura no comportamento reolgico. Para isso,a faixa de temperatura foi de 10C 60C, e os teores de slidos totais de 6,0%, 7,5%, 9,0% e10,5%. A temperatura e o teor de gua influenciaram as propriedades termofsicas estudadas, sendoque a massa especfica diminui com a temperatura e do teor de gua. O calor especfico diminuiucom a reduo do teor de gua. A difusividade e a condutividade trmica apresentaramcomportamentos semelhantes, ambas foram proporcionais temperatura e ao teor de gua. Osmodelos de Plstico de Bingham e o de Herschel-Bulkley foram os que proporcionaram melhoresajustes aos dados experimentais. O parmetro ndice de consistncia (k), ajustado pelos modelos deHerschel-Bulkley, Casson, Mizrahi-Berk, Plstico de Bingham e Lei da Potncia no apresentouum tendncia de definida nas concentraes estudadas com ao aumento da temperatura. O efeito datemperatura sobre a viscosidade foi avaliado atravs da equao de Arrhenius. A energia deativao (Ea) diminuiu com o aumento do teor de slidos totais. O parmetro viscosidade plstica(p) ajustado no modelo de Plstico Bingham apresentou uma tendncia de decrscimo com oaumento da temperatura.

Palavras-chave: Propriedades termofsicas, Reologia, Jenipapo.

______________________________1Orientadora: Renata Cristina Ferreira Bonomo, D.Sc., UESB e Co-orientadores: Paulo Bonomo,D.Sc., UESB; Modesto Antonio Chaves, D.Sc., UESB.


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ABSTRACT

SILVA, N.M.C. Thermophysical Properties and Rheological Behavior of Genipap Pulp(Genipa americanaL.).Itapetinga BA: UESB, 2008. (Dissertation Master in Food Engineering Food Process Engineering)(1)

This work aimed to determine the thermophysical properties and the rheological behaviorof the genipap pulp. The experiment was performed in the State University of Bahia Southwest UESB, Campus of Itapetinga, BA. The characterization of the pulp consisted in determining thecontent of soluble solids, pH, total acidity, humidity, proteins, fibers and ashes. The thermophysicalproperties determined were: the specific heat, the specific weight, the diffusivity thermal, and thethermal conductivity. To determine these properties were used pulps with different water contents(76% to 94%) and different temperatures (5oC to 80 oC). The effect of total solids content (6,0%,7,5%, 9,0% and 10,5%) and temperature change (10C to 60C) in the rheological behavior wasalso evaluated. The increase of temperature and water content caused a reduction in the specificweight. Whereas the specific heat diminished with the water content decrease. The diffusivity andthe thermal conductivity presented similar behaviors with both directly proportional to temperatureand the water content. The Bingham plastic and the Herschel-Bulkley models were those whoprovided better approaches to the experimental data. The consistency index parameter (k), adjustedby the models of Herschel-Bulkley, Casson, Mizrahi-Berk, Bingham plastic and Power-Law didnot present a defined tendency in the concentrations studied with the increase of the temperature.The effect of the temperature on the viscosity was evaluated with the Arrhenius equation. TheEnergy of acceleration (Ea) diminished with the increase of the total solids content. The plasticviscosity (p) adjusted in the Bingham plastic model presented a tendency of decrease with theincrease of temperature.

Key Words: Thermophysical Properties, Rheology, Genipap.

______________________________1

Advisor: Renata Cristina Ferreira Bonomo, D.Sc., UESB e Co-advisors: Paulo Bonomo,D.Sc.,UESB; Modesto Antonio Chaves,D.Sc., UESB.



10

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Jenipapeiro................................................................................................................... 17

Figura 2 - Jenipapo....................................................................................................................... 18

Figura 3 - Fluxograma de obteno da polpa de jenipapo............................................................ 28

Figura 4 -Desenho esquemtico do calormetro de mistura utilizado para medio do calorespecfico.....................................................................................................................

31

Figura 5 - Esquema do aparato para medio de difusividade trmica........................................ 32

Figura 6 - Remetro DVII+.......................................................................................................... 33

Figura 7 - Acessrios do remetro DVII+.................................................................................... 33

Figura 8 -Variao da densidade com a temperatura e com o teor de umidade da polpa dejenipapo........................................................................................................................

35

Figura 9 -Calor especfico da polpa de Jenipapo em funo do teor deumidade........................................................................................................................

37

Figura 10 -Variao da difusividade trmica com a temperatura e com o teor deumidade........................................................................................................................

39

Figura 11 -Variao da Condutividade trmica com a temperatura e com o teor deumidade........................................................................................................................

40

Figura 12 -

Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a

10C.............................................................................................................................. 41

Figura 13 -Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a20C..............................................................................................................................

41


42


42


43

Figura 17 -

Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a

60C..............................................................................................................................43

Figura 18 -Efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente calculada na taxa dedeformao de 100 s-1, segundo a equao de Arrhenius, para polpa de jenipapo nasconcentraes de 6,0% a 10,5%...................................................................................

48

Figura 19 -Efeito da temperatura sobre o parmetro P Plstico de Bingham para polpa dejenipapo nas concentraes de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais..............

49



11

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Modelos utilizados nos ajustes das curvas de escoamento.......................................... 25

Tabela 2 - Caracterizao fsico-qumica da polpa de jenipapo................................................... 34

Tabela 3 - Valores Experimentais da Densidade da Polpa de Jenipapo....................................... 35

Tabela 4 -Valores mdios do calor especfico da polpa de jenipapo em funo do teor deumidade........................................................................................................................

37

Tabela 5 -Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraesa 10C...........................................................................................................................

45


45

Tabela 7 -

Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraes

a 30C...........................................................................................................................46


46


47


47

Tabela 11 -Viscosidade aparente e energia de ativao, na taxa de deformao de 100 s -1, dapolpa de jenipapo em diversas concentraes.............................................................

49



12

LISTA DE SMBOLOS

Densidade ou Massa especfica (kg/m3)

A Densidade da amostra (kg/m3)

H2O Densidade da gua (kg/m3)

mA Massa da amostra (kg)

mH2O Massa de gua (kg)

mV Massa do picnmetro vazio (kg)

cp Calor especfico (kJ. kg-1. C-1)

cp Calor especfico da amostra (kJ. kg-1. C-1)

cpH2O Calor especfico da gua (kJ. kg-1. C-1)

Ccal Capacidade calorfica do calormetro (kJ.C-1)

T Temperatura (C)

Te Temperatura de Equilbrio (C)Ti Temperatura inicial (C)

Tw Temperatura inicial da gua (C)

Difusividade trmica (m2/s)

A Difusividade da amostra (m2/s)

A Taxa de aquecimento (C/s)

Text Temperatura externa da clula (C)

Tint Temperatura interna da clula (C)

K Condutividade Trmica (W. m-1.C-1)

Kw Condutividade Trmica da gua (W. m-1.C-1)

k ndice de consistncia (adimensional)

n ndice de comportamento do fluido (adimensional)

Viscosidade absoluta (Pa.s)

Taxa de deformao( s-1)

Tenso de cisalhamento (Pa.s)

ap Viscosidade aparente (Pa.s)

p Viscosidade plstica (Pa.s)

Eat Energia de ativao (kcal/mol)

o Tenso inicial (Pa.s)



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SUMRIO

1 INTRODUO............................................................................................................. 15

2 REVISO DE LITERATURA................................................................................... 17

2.1 Jenipapo............................................................................................................... 17

2.2 Propriedade Termofsicas.................................................................................... 18

2.2.1 Densidade ou Massa Especfica............................................................... 19

2.2.2 - Calor Especfico....................................................................................... 19

2.2.3 Difusividade Trmica............................................................................... 20

2.2.4 Condutividade Trmica............................................................................ 21

2.3 Reologia ............................................................................................................. 222.3.1 Modelos Reolgicos................................................................................. 24

2.3.2Efeito da temperatura no comportamento reolgico................................ 26

3 MATERIAL E MTODOS........................................................................................ 28

3.1 Material................................................................................................................. 28

3.2 Planejamento experimental................................................................................... 28

3.3 Caracterizao fsico-qumica............................................................................... 29

3.3.1 Teor de Umidade e slidos totais.............................................................. 29

3.3.2 pH.............................................................................................................. 29

3.3.3 Slidos solveis........................................................................................ 30

3.3.4 Acidez total titulvel................................................................................. 30

3.3.5Cinzas........................................................................................................ 30

3.3.6 Protenas.................................................................................................... 30

3.3.7 Fibras......................................................................................................... 303.4 Determinao das Propriedades Termofsicas...................................................... 30

3.4.1 Determinao da Densidade..................................................................... 30

3.4.2 Determinao do Calor Especfico........................................................... 31

3.4.3 Determinao da Difusividade Trmica................................................... 31



14

3.4.4 Determinao da Condutividade Trmica................................................ 32

3.5 Determinao das Propriedades Reolgicas......................................................... 32

4 RESULTADOS E DISCUSSO................................................................................. 34

4.1 Caracterizao Fsico-Qumica............................................................................. 34

4.2 Densidade ou Massa especfica............................................................................ 34

4.3 Calor Especfico.................................................................................................... 36

4.4 Difusividade Trmica............................................................................................ 38

4.5 Condutividade Trmica......................................................................................... 39

4.6 Comportamento reolgico.................................................................................... 40

4.6.1. Polpa de Jenipapo....................................................................................... 40

4.6.2. Efeito da temperatura sobre os parmetros reolgicos............................... 48

5 CONCLUSO.............................................................................................................. 50

6 REFERNCIAS........................................................................................................... 51



15

1 INTRODUO

O Brasil um pas de clima tropical, que se destaca pela sua grande biodiversidade onde se

encontram inmeras frutas com potencial de exportao no mercado internacional, devido ao seu

extico sabor e elevado valor nutricional. Sendo o terceiro maior produtor mundial de frutas

(EMBRAPA, 2005) e um dos maiores pases exportadores. A produo vendida, especialmente,

em pases da Europa e Estados Unidos. A maior parte dessas frutas apresenta qualidade sensorial

excepcional o que desperta interesse do mercado. Essas frutas tem sido alvo de pesquisas ao longo

dos anos, sendo este um ponto fundamental para que o aproveitamento tecnolgico das mesmas

seja realizado de maneira otimizada (MATTIETTO et al., 2003). Nesse grupo ressalta-se o

jenipapo (Genipa americanaL.), cuja demanda tem crescido acentuadamente.

O jenipapeiro pertence a uma famlia que ocupa o quarto lugar de todo o reino vegetal em

nmero de espcies, a famlia Rubiceae (CHIQUIERI et al.,2004). uma espcie que apresentaimportncia econmica, tanto como essncia florestal quanto como produtora de frutos utilizados

na alimentao humana (BARROS, 1970). Seus frutos so consumidos in naturaou utilizados para

a produo de doces e licores. Na Bahia, a produo de jenipapo, embora extrativista constitui-se

em uma alternativa econmica, principalmente para a agricultura familiar. Entretanto no h

uniformidade com relao produo e qualidade dos frutos, sendo esse um empecilho para a

industrializao em escala comercial.

Polpas de frutas, destinadas industrializao esto, como outros produtos alimentcios,

sujeitas a processos de aquecimento e resfriamento. Os tratamentos trmicos so necessrios para

eliminar microorganismos contaminantes, inativar enzimas e retardar processos metablicos e

microbiolgicos em condies de estocagem. Geralmente quando o alimento no consumido

imediatamente, existe a necessidade de ser processado, resfriado ou congelado para conservar suas

caractersticas (ARAJO, QUEIROZ e FIGUEIREDO, 2004).

O conhecimento das propriedades relacionadas ao material importante para o correto

dimensionamento dos equipamentos destinados a estas operaes. Os clculos nos projetos de

equipamentos aquecedores, resfriadores, evaporadores, separadores e embaladores dos produtos

so realizados a partir dos valores das propriedades termofsicas (ARAJO et al., 2004). Alm

dessas propriedades, o comportamento reolgico ocupa posio de grande destaque, sendo til nos como medida de qualidade, mas tambm em projetos, avaliao e operao dos equipamentos

(IBARZ, GONALVEZ e PLUGAS, 1996).

As medidas reolgicas so consideradas como uma ferramenta analtica por fornecer uma

introspeco da organizao estrutural dos alimentos (HOLDSWORTH, 1971), sendo os dados

reolgicos essenciais em processos, controle de qualidade, avaliaes sensoriais, estabilidade e

aceitao dos produtos pelos consumidores (ABU-JDAYIL et al.,2002; STEFFE, 1996).



17

2 REVISO DE LITERATURA

2.1 Jenipapo

Existe uma variedade de frutas, que se destacam por serem amplamente cultivadas no

Brasil, exportadas e consumidas ao redor do mundo, dentre estas podemos citar a banana, goiaba e

a manga. Entretanto h uma srie de frutas de carter regional que ainda no foram adequadamente

exploradas a despeito do seu potencial econmico, como o Jenipapo (GenipaamericanaL).

O jenipapeiro (Genipa americana L.) pertence famlia Rubiaceae, sendo considerado

uma espcie de importncia econmica, tanto como essncia florestal, quanto pela produo de

alimentos (BARROS citado por FIGUEIREDO et al., 1986). Sua distribuio geogrfica no Brasil

abrange desde Maraj at So Paulo e Mato Grosso. Fora do Brasil, sua distribuio tambm

vasta, estendendo-se do Mxico s Antilhas (GOMES, 1982).

A rvore, de 10 a 12m de altura tem caule reto em mdia de 60 centmetros de dimetro,possui copa grande e arredondada com ramos numerosos e fortes, sempre glabros, de cascas lisas,

espessas, cinzentas esverdeada e com manchas cinza mais claras (CORREA, 1969). Possuem

folhas simples, opostas, pecioladas, de 20 a 42 centmetros de comprimento por 9 a 16 centmetros

de largura, glabras em ambas as faces. Inflorescncias surgem em rcemos axilares ou terminais,

com flores hermafroditas amarelo-ouro contendo 5 ptalas (PRANCE, 1975).

Figura 1- Jenipapeiro.

Os frutos so do tipo baga subglobosa, de 8 a 10 cm de comprimento e 6 a 7 cm de

dimetro. Apresentam casca mole, parda ou pardacento-amarelada, membranosa, fina e enrugada

(CORREA, 1969). De acordo com Figueiredo et al. (1986) o dimetro do fruto pode chegar a at

8,5centmetros.

A casca e os frutos verdes contm substncias corantes violeta ou azul-escuro, denominada

genipina, isolada pela 1 vez em 1960 (ESTRELLA, 1995; PRANCE, 1975). Essa matria corante



18

solvel na gua e no lcool, mas torna-se preta em contato com o ar (PRANCE, 1975).

Antigamente era usada pelos ndios para se pintarem de negro e, ainda hoje empregada na

marcao de peas de roupas, pintura de tecidos de palha e outros utenslios domsticos

(ALMEIDA, 1993).

Figura 2- Jenipapo (Genipa Americana L.)

Os frutos so comercializados em mercados locais, ou sob a forma de polpa, desidratado,

cristalizado, doce em massa, licor, etc., fabricados artesanalmente (FIGUEREDO et al., 1986 b;

SILVA et al.,1998; SANTOS 2001).

Inexistem, de igual forma, informaes sobre as propriedades termofsicas e reolgicas da

polpa de jenipapo, importantes em sistemas industriais onde se aplicam processos de aquecimento,

resfriamento.

2.2 Propriedades Termofsicas

O conhecimento das propriedades termofsicas essencial para o projeto eficiente e

econmico de operaes de processamento de alimentos envolvendo transferncia de calor. Falhas

em equipamentos ou no projeto de processos podem ser atribudas falta dessas informaes

quando da seleo inadequada de valores de propriedades termofsicas usadas na anlise inicial dossistemas em estudo (MOURA et al.,2003; INCROPERA e DEWITT 2003).

Desta forma, para as matrias-primas destinadas industrializao, que esto sujeitas aos

processos de aquecimento e resfriamento como, por exemplo a polpa de frutas, interessante que

se determinem suas propriedades termofsicas (ARAJO; QUEIROZ e FIGUEIREDO, 2004).

Portanto, necessria tanto a obteno de dados precisos de propriedades como a

condutividade trmica, a difusividade trmica e o calor especfico, quanto predio do



19

comportamento dessas propriedades durante o processo, onde ocorrem variaes de temperatura e

composio (BRAYAN, et al.,1999).

2.2.1 Densidade ou Massa especfica

A massa especfica definida como a sua massa por unidade de volume expressa em

kg/m3 no sistema internacional de unidade. Dados sobre essa propriedade so necessrios para

projetar e avaliar equipamentos de processamento de alimentos como evaporadores, bombas, filtros

e misturadores, e servem ainda como ndice de qualidade do produto final (ALVARADO e

ROMERO 1989).

Pereira et al.(2002), avaliaram a massa especfica de polpa de aa em trs concentraes

de slidos totais (9,7%, 12% e 15,2%) e diferentes temperaturas (10C a 50C). Neste trabalho os

autores observaram um decrscimo da densidade com o aumento do teor de gua e da temperatura

da polpa e propuseram um modelo linear para representar a influncia dessas variveis.

Ramos e Ibarz (1998) trabalharam com suco e pur de frutas. Na determinao dadensidade do suco de laranja e de suco clarificado de pssego, foram utilizadas temperaturas de 0C

a 80C e concentraes de 10Brix a 60Brix. Na determinao da densidade de purs de ma e

marmelo, a faixa de temperatura trabalhada tambm foi de 0C, porm com uma concentrao fixa

de 12,3Brix. A temperatura em todos os modelos ajustados apresentou efeito sobre a massa

especfica, tanto para os sucos como para os purs, enquanto que para concentrao de slidos nos

sucos verificou-se o efeito quadrtico nos modelos ajustados.

A determinao da densidade pelo mtodo picnomtrico tem sido realizada por vrios

autores, como Lima et al. (2003) para polpa de umbu e Moura et al. (2005) para solues-modelo

similares a sucos, onde o clculo da densidade realizado utilizando-se a Equao 1.

(1)

Onde: A a massa especfica da amostra (kg/m3) a uma dada temperatura, H2O a massa

especfica da gua (kg/m3) na mesma temperatura, mA a massa (kg) do picnmetro cheio da

amostra, mH2O a massa do picnmetro (kg) cheio de gua e mV a massa do picnmetro (kg)

vazio.

2.2.2 Calor especfico

O calor especfico definido como a quantidade de energia necessria para alterar em uma

unidade a temperatura de uma massa unitria de um material qualquer. Portanto, conhecer o calor

especfico importante para determinar a quantidade de energia que se deve adicionar ou remover

no processamento, dando uma indicao do gasto energtico, o que num processo contnuo, tender

)(

)(.

22

VOH

VAOHA mm

mm

=



20

a influenciar o tamanho do equipamento. O calor especfico dos alimentos afetado

significantemente pela quantidade de gua e pelo estado fsico da mesma. Os alimentos congelados

com alto teor de gua, por exemplo, podem ter valores para o calor especfico aproximadamente

iguais a metade dos correspondentes em seu estado fresco (LEWIS, 1993).

Para se determinar o calor especfico o mtodo do calormetro de mistura simples e

bastante utilizado, como pelos autores VIEIRA (1996) para o suco de laranja; JHA e PRASAD

(1993), em nozes; HENSE (1990) para fil de cao e SHARMA e TOMPSON (1973), para gros

de sorgo.

Neste mtodo utiliza-se um recipiente isolado, de capacidade calorfica conhecida,

preenchido com um lquido inerte. O clculo do calor especfico feito atravs de um balano

global de energia em um sistema isolado termicamente (Equao 2).

(2)

Onde: cpA o calor especfico da amostra (kJkg-1

C-1), cpH2O o calor especfico da gua (kJkg-

1C-1), Ccal a capacidade calorfica do calormetro (kJC

-1), mA a massa de amostra (kg), mH2O

a massa de gua adicionada (kg), Te a temperatura de equilbrio (C), Ti a temperatura inicial da

amostra e do calormetro (C) e Tw a temperatura inicial da gua).

O calor especfico dos alimentos vem sendo determinado por autores como SIMES

(1997), que determinou o calor especfico da polpa de manga e encontrou valores iguais a

2,25kJ/kgC para a polpa concentrada, 2,36 kJ/kgC para a polpa integral e 2,49 kJ/kgC para polpa

peneirada. ALVARADO E ROMERO (1989) obtiveram para o suco de melancia, com umidade de

92,6% temperatura de 18C, um calor especfico de 1,97 kJ/kgC.

MUNIZ et al. (2006)estudando polpa de bacuri em diferentes concentraes verificaram

que o calor especfico diminuiu com o aumento do teor de slidos solveis e a dependncia com

essa varivel pode ser representada por uma relao do tipo quadrtica. O valor mdio do calor

especfico entre todas as concentraes foi de 3,19 kJ/kgoC.

LIMA et al. (2003) determinaram as propriedades termofsicas de polpa de umbu com

diferentes teores de slidos, e constataram que o calor especfico diminuiu com o aumento do teor

de slidos solveis totais, variando de 3,2 a 3,7 kJ/kgC.

2.2.3 Difusividade trmica

A difusividade trmica mede a capacidade de um material de conduzir energia trmica em

relao sua capacidade de armazen-la. Materiais com elevados valores de difusividade

respondero rapidamente a mudanas nas condies trmicas impostas a ele. Caso contrrio

( ) ( )

( )2 2p H O H O e w ca l e i

p AA e i

c m T T C T T c

m T T

+ =



21

responder lentamente, necessitando de um tempo maior para atingir uma nova condio de

equilbrio (INCROPERA e DEWITT, 2003).

A difusividade trmica vem sendo determinada por vrios autores atravs de um mtodo

proposto por DICKERSON (1965). Entre estes citamos MOURA et al. (2003), ao trabalharem com

solues modelo similares a sucos de frutas, constataram que a difusividade trmica diminuiu com

o aumento da concentrao, verificando que para teores de slidos totais entre 7,30% e 15,52%

foram obtidos valores de difusividade trmica entre 1,43x10-7m2/s e 0,8010-7 m2/s,

respectivamente. AZOUBEL et al. (2005), ao trabalharem com suco de caju nas concentraes de

5,5 Brix a 25Brix, igualmente constataram que a difusividade trmica decresce com o aumento

dos slidos solveis totais das amostras.

O aparato proposto por DICKERSON (1965) para medir a difusividade trmica consiste de

um banho de gua com agitao e um cilindro metlico de ao inox imerso contendo a amostra. Ao

cilindro de alta condutividade trmica e extremidades isoladas esto acoplados termopares para o

acompanhamento das temperaturas, um inserido na superfcie externa e outro internamente, nocentro da seo cilndrica. Durante o decorrer do ensaio, so colhidos apenas dados de tempo-

temperatura at que se atinja uma taxa constante de aumento de temperatura nos dois termopares.

A difusividade trmica ento determinada utilizando-se a Equao 3 proposta por

DICKERSON (1965):

(3)

Onde: A a difusividade trmica da amostra (m2/s),A a taxa de aquecimento do banho (C/s),R

o raio da clula (m) e (TEXT TINT) a diferena entre a temperatura externa e a temperatura

interna da clula (C).

2.2.4 Condutividade trmica

A condutividadetrmica definida como a constante de proporcionalidade que relaciona a

taxa de transferncia de calor por um material com a rea de transferncia de calor e a variao de

temperatura com a distncia no material (INCROPERA e DE WITT 2003), podendo ser entendidacomo a capacidade de um material em conduzir calor (ARAJO et al. 2004). Nos alimentos, a

condutividade trmica depende principalmente da composio, mas tambm da presena de

espaos vazios e de sua homogeneidade (SILVA 1997).

Uma vez determinados os valores para a difusividade trmica, o calor especfico e a massa

especfica de uma amostra a uma dada temperatura, a condutividade trmica pode ser estimada pela

Equao 4 (INCROPERA e DEWITT 2003):

).(4

. 2

INTEXTA TT

RA

=



22

A A A p Ak c = (4)

Onde: kA a condutividade trmica da amostra (Wm-1

C-1).

SHAMSUDIN et al. (2004) avaliaram o efeito da temperatura nas propriedades

termofsicas de suco de goiaba, constataram que a condutividade trmica no foi influenciada comvariao da temperatura. KUROZAWA et al. (2008) determinaram a condutividade trmica do

mamo e do caju em funo da temperatura, e verificaram o aumento da condutividade trmica

com aumento da temperatura e do teor de umidade. Para determinao experimental, foi utilizado o

mtodo da sonda, em regime transiente.

2.3 Reologia

Reologia a cincia que estuda a deformao e o escoamento de materiais, ou seja, o modo

como os materiais respondem aplicao de uma tenso ou deformao. O estudo das propriedades

reolgicas de alimentos importante para o projeto de tubulaes e equipamentos, no controle de

qualidade, alm de proporcionar um melhor entendimento do comportamento estrutural dos

produtos (BARNES et al., 1989; STEFFE, 1996). De acordo com SHARMA et al., (2000) a

reologia desempenha papel fundamental no desenvolvimento, fabricao e processamento de

produtos alimentcios.

Os fluidos so classificados de acordo com seu comportamento reolgico por meio da

anlise da relao entre a tenso de cisalhamento e a taxa de deformao para condies de

temperatura e presso estabelecidas. Reologicamente os fluidos so divididos em duas categorias:

newtonianos e no-newtonianos (CONCEIO, 1989).De acordo com CASTRO et al., (2001) os fluidos newtonianos so aqueles que apresentam

uma relao linear entre a tenso de cisalhamento e a taxa de deformao, independente da taxa de

deformao e da tenso de cisalhamento inicial.

A Equao 5 a representao matemtica do comportamento reolgico dos fluidos

newtonianos.

(5)

onde:

tenso de cisalhamento (Pa)

viscosidade absoluta (Pa.s)

taxa de deformao (s-1)

Fluidos no newtonianos so caracterizados como todo o fluido cuja relao entre tenso

de cisalhamento e taxa de deformao no for linear e/ou no passar pela origem. Para fluidos no-

)( =



23

newtonianos o termo viscosidade substitudo por apque a viscosidade aparente, e funo do

gradiente de velocidade (VIDAL et al, 2000). Equao (6)

(6)

onde:

ap -viscosidade aparente (Pa.s)

tenso de cisalhamento (Pa)

taxa de deformao (s-1)

n ndice de comportamento ( 1n )

Segundo RAO e RIZVI (1986) os fluidos no-newtonianos podem ser dependentes ou

independentes do tempo. Quando a temperatura e a composio so constantes, a viscosidade

aparente depende apenas da taxa de deformao ou da tenso de cisalhamento.

Os fluidos no-newtonianos independentes do tempo podem ser do tipo: pseudoplsticos,

dilatantes e plstico de Bingham. Alguns exemplos de fluidos pseudoplsticos so: sucos de frutas

concentrados e pastas de amido (RHA, 1978). J o comportamento dilatante encontrado em

fluidos que contm uma alta proporo de partculas rgidas insolveis em suspenso (BOURNE,

1982). Alguns tipos de mel e suspenses de amido se enquadram nessa categoria (SHARMA et al.,

2000; STEFFE, 1996).

Segundo MCCLEMENTS (2005), o fluido de Bingham se comporta como um slido sobcondies estticas. Uma quantidade de fora deve ser aplicada antes que o fluxo seja induzido

(tenso inicial). Alguns exemplos de fluidos alimentcios que apresentam esse comportamento so:

molhos de tomate, maionese, clara de ovo batida e margarina (BOURNE, 1982).

Os fluidos dependentes do tempo podem ser do tipo tixotrpicos e reopticos. Um fluido

tixotrpico aquele no qual a viscosidade aparente diminui com o tempo quando o fluido

submetido a uma taxa de cisalhamento constante. Exemplos desse fluido so gelatinas, cremes,

manteigas, molhos para saladas, entre outros (SHARMA et al.,2000).

Em fluidos reopticos a viscosidade aparente do fluido aumenta com o tempo quando

sujeito a uma taxa constante de cisalhamento. Este tipo de comportamento no comum em

alimentos, mas pode ocorrer em solues de amido altamente concentradas (SHARMA et al.,

2000).

O comportamento reolgico de alimentos vem sendo estudado por vrios autores como,

HAMINIUK et al (2005), que avaliou o comportamento reolgico de amora-preta na faixa de 10C

a 60C, constatando um comportamento pseudoplstico para esse fluido. Constatou-se que o

n

ap )( =



24

aumento da temperatura provocou uma diminuio na viscosidade aparente e coeficiente de

consistncia, conforme esperado para polpa de fruta. O mesmo comportamento foi encontrado por

GUERRERO e ALZAMORA (1997) ao avaliar o comportamento reolgico de pur de banana.

SILVA et al.,(2005) determinaram o comportamento reolgico do suco industrializado de

acerola, em concentraes de slidos solveis de 4Brix a 16Brix e no intervalo de temperatura de

5C a 85C. Os autores verificaram que esse suco apresentou um comportamento pseudoplstico, e

a viscosidade aparente diminuiu com a reduo do teor de slidos e aumento da temperatura.

PELEGRINE et al., (2000), no estudo da viscosidade aparente das polpas de manga e

abacaxi, avaliaram o comportamento reolgico das polpas integrais e centrifugadas temperatura

de 30 C. Eles observaram um comportamento pseudoplstico para todas as polpas, sendo a

pseudoplasticidade maior para as polpas integrais. O modelo de Mizrahi e Berk foi o que melhor se

ajustou aos dados obtidos.

VIDAL e GASPARETO (2000) tambm analisaram o comportamento reolgico da polpa

de manga e a influncia dos slidos insolveis com peneiramento em diferentes malhas e no sucocentrifugado, observando tambm um comportamento pseudoplstico para a polpa de manga. O

mesmo resultado foi verificado por Vidal et al. (2004) num estudo do efeito da temperatura no

comportamento reolgico da polpa de manga, nas temperaturas de 10C a 60 C. Foi observado que

a viscosidade diminuiu com a temperatura at 40 C e para as temperaturas de 50C e 60 C

ocorreu um aumento da mesma.

BRANCO e GASPARETTO (2003) aplicaram a metodologia da superfcie de resposta

para o estudo do efeito da temperatura sobre o comportamento reolgico de misturas ternrias de

polpa de manga e sucos de laranja e cenoura, nas temperaturas de 10C e 60 C. O modelo de

Ostwald-de-Waele ajustou adequadamente, explicando o comportamento reolgico. Todas as

formulaes estudadas, independentemente da temperatura, apresentaram comportamento

pseudoplstico. Dando continuidade a esse trabalho, BRANCO e GASPARETO (2005) estudaram

o comportamento da mistura a 60 C utilizando o modelo de Casson. Os parmetros reolgicos

tenso inicial e viscosidade plstica aumentaram com a frao de manga e reduziram com o

aumento da frao de suco de laranja e de cenoura.

MAGERRAMOV et al., (2006) avaliaram o efeito da temperatura e da concentrao na

viscosidade de suco de tangerina e limo num intervalo de 15C a 40 Brix e 17C a 45 Brix para

os sucos de tangerina e limo, respectivamente, e verificaram um decrscimo da viscosidade com oaumento da temperatura e aumento a viscosidade para um aumento da concentrao de slidos.

2.3.1 Modelos reolgicos

Os modelos reolgicos so usados para uma melhor descrio do comportamento dos

fluidos, permitindo relacionar as propriedades reolgicas com outras grandezas, como

concentrao, temperatura e ndice de maturao. O conhecimento destas grandezas



25

indispensvel no controle em linhas de produo, no projeto e dimensionamento dos processos

(BRANCO, 1995).

Na literatura existem muitos modelos reolgicos propostos. A escolha do tipo do modelo a

ser utilizado uma funo das caractersticas do fluido (RAO e ANANTHESWARAM, 1982). Os

modelos mais comumente utilizados so: Ostwald-de-Waelle, Bingham, Herschel-Bulkley, Casson

e Mizrahi e Berk. Representados na Tabela 1.

Tabela 1-Modelos reolgicos utilizados nos ajuste das curvas de escoamento.

Modelos Equao Parmetros

Ostwald-de-Waelle = k()n klpn

Herschel-Bulkley = o+ kH()n khb

no(Pa.s)

Casson 0,5= koc+ kc()0,5 koc

kcMizrahi-Berk 0,5= koH+ kM()n kohn

kMPlstico de Bingham = o+ p. p

o*onde a tenso de cisalhamento; a taxa de deformao; klp, khb, kmbe kcso os ndices de consistncia;K0,hb, K0,mb e K0,c so constantes dos modelos e nlp, nhbe nmbso os ndices de comportamento reolgico.

O modelo de Ostwald-de-Waele, tambm conhecido como Lei da Potncia bastante

utilizado para descrever o comportamento de alimentos devido a sua simplicidade e ampla

aplicabilidade (BRANCO 2001). Segundo MACHADO (1996) o parmetro reolgico do modelo

da lei da potncia ndice do comportamento do fluido (n) uma grandeza adimensional e indica

fisicamente, o afastamento do fluido considerado do modelo newtoniano; e o ndice de consistncia

(k) indica o grau de resistncia do fluido diante do escoamento, ou seja, quanto maior o valor de k

mais consistente o fluido ser.

Segundo NAVARRO (1997), atravs do modelo de Ostwald-de-Waelle observa-se que a

equao se reduz ao modelo de Newton quando o ndice de comportamento do fluido n = 1. Como

o ndice de consistncia (K) no varia com a tenso de cisalhamento nem com a taxa de

deformao, o ndice n que far a distino entre os comportamentos dos fluidos e, desta maneira,

quanto mais distante o n do fluido estiver do valor unitrio, mais distante tambm o fluido estar docomportamento newtoniano.

Para n > 1, o fluido dilatante;

Para n = 1, o fluido newtoniano;

Para n < 1, o fluido pseudoplstico.



26

TORALLES et al.(2006)estudaram o efeito da temperatura (10-55C) e da concentrao

(12Brix a 32Brix) na reologia do pur homogeneizado de pssego, e o modelo da Lei da Potncia

descreveu adequadamente o comportamento reolgico do fluido.

Os modelos de Herschel-Bulkley e de Plstico de Bingham so usados para fluidos que s

iniciam o processo de escoamento quando a tenso de cisalhamento aplicada supera uma tenso

inicial que prpria do material (VIDAL, 2000). Segundo STEFFE (1996) pasta de tomate um

tipo de fluido de Binhgam.

SATO (2007) avaliou a influncia da temperatura no comportamento reolgico da polpa de

jabuticaba, e o modelo de Herschel-Bulkley foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais,

no qual se observou a reduo do ndice de consistncia (k) e um leve aumento do ndice de

comportamento de escoamento (n) com o aumento da temperatura. HAMINIUK et al. (2005)

avaliaram o efeito da temperatura no comportamento reolgico de polpa de amora preta, os dados

experimentais foram adequadamente descritos pelo modelo de Herschel-Bulkley e exibiu

comportamento pseudoplstico.O modelo de Casson tem sido utilizado na estimativa da tenso inicial em alimentos

(VITALI e RAO, 1984), RAO et al. (1981) estudando concentrados de tomate, mostraram que o

modelo de Casson no se ajustou bem os dados experimentais em baixas taxas de deformao,

enquanto VITALI e RAO (1982) encontraram um bom ajuste do modelo de Casson aos dados

experimentais para pur de goiaba. VIDAL (1996) tambm utilizou o modelo de Casson para

descreveu o comportamento da polpa de manga integral, filtrada e centrifugada.

Mizhari e Berk (1972) mostraram que o modelo de Casson no se adaptava a baixos

valores de taxa de deformao para o suco de laranja concentrado. Dessa forma, o modelo de

Mizhari e Berk surgiu como uma modificao do modelo de Casson, tendo sido criado para ser

utilizado no estudo do escoamento de suco de laranja concentrado e suspenses de partculas

interagindo entre si em um meio pseudoplstico.

FERREIRA et al,(2002) avaliaram o efeito da temperatura no comportamento reolgico de

polpa de goiaba, e constataram que o modelo de Mizhari e Berk foi o que se apresentou satisfatrio

na descrio do comportamento reolgico dessa polpa.

2.3.2 Efeito da temperatura sobre o comportamento reolgico

A temperatura um dos fatores que mais afeta a viscosidade das polpas de frutas, pois a

maioria destas apresenta-se na forma de slidos dispersos em meios lquidos. Um aumento da

temperatura neste caso faz com que a viscosidade da fase lquida diminua, aumentando o

movimento das partculas em suspenso, causando um decrscimo na viscosidade da polpa

(PELEGRINE, 1999).Segundo KROKIDA et al. (2001), a temperatura tem um maior efeito no

ndice de consistncia (K) em fluidos alimentcios no-newtonianos, do que no ndice de

comportamento (n).



27

O efeito da temperatura na viscosidade aparente de fluidos alimentcios, a uma taxa de

cisalhamento constante, pode ser descrita pela equao de Arrhenius (RAO & TATTIYAKUL,

1999), na qual a viscosidade aparente diminui em uma funo exponencial com o aumento da

temperatura. A equao de Arrhenius apresentada na equao 7 (STEFFE, 1996).

(7)onde:

T- temperatura absoluta (C)

R- constante universal dos gases

Eat- energia de ativao para viscosidade

o -fator pr-exponencial

A Equao (7) indica a tendncia geral observada de uma diminuio da viscosidade

aparente com o aumento da temperatura. Em geral, uma alta energia de ativao de fluxo implica

que pequenas variaes de temperatura so necessrias para modificar rapidamente a viscosidade

(STEFFE,1996).

TORALLES et al, (2006) avaliaram a reologia de pur homogeneizado de pssego: efeito

da temperatura e concentrao, e verificaram que a viscosidade aparente e k P (ndice de

consistncia), do pur homogeneizado de pssego, aumentaram ligeiramente nas concentraes

mais altas e diminuram nas temperaturas mais baixas. A dependncia de temperatura foi

adequadamente descrita pela lei de Arrhenius.

SATO (2007) avaliou a influncia da temperatura no comportamento reolgico da polpa de

jabuticaba, e observou a reduo do ndice de consistncia (k) e um pequeno aumento do ndice de

comportamento de escoamento (n) com o aumento da temperatura.

=

RTEat

oap exp



28

3 MATERIAL E MTODOS

3.1 Material

Os jenipapos, adquiridos na regio Sudoeste da Bahia, foram selecionados quanto s

caractersticas polpa firme e ausncia de manchas escuras. A etapa experimental de determinao

das propriedades termofsicas e reolgicas foi realizada no Laboratrio de Engenharia e Processos

e no Laboratrio de Ensaios de Materiais e Projetos Agroindustriais da Universidade Estadual do

Sudoeste da Bahia, campus de Itapetinga. As anlises da caracterizao fsico-qumica foram

desenvolvidas no Laboratrio de Forragem e Cultura, desta mesma instituio. Todos os reagentes

necessrios s anlises fsico-qumicas foram de grau analtico. A polpa de jenipapo foi obtida da

forma descrita no fluxograma a seguir (Figura 3).

Figura 3-Fluxograma de obteno da polpa de jenipapo

3.2 Planejamento experimental e anlises estatsticas

Para determinao das propriedades termofsicas foi realizado um experimento em

esquema fatorial 6X7, sendo as temperaturas de 5C, 20C, 35C, 50C, 65C e 80C e os teores de

gua de 76%, 79%, 82%, 85%, 88%, 81% e 94%, no delineamento inteiramente casualizados. Para

Seleo manual e visual

Lavagem com gua corrente

Despolpamento

Congelamento

Armazenamento

Embalagem

Desinfeco com gua clorada(5ppm)



29

variao do contedo de gua, a polpa inicialmente com 76% de umidade foi diluda com gua

destilada at que atingisse a umidade desejada, e essa era verificada atravs da determinao de

umidade pelo analisador de umidade por Infravermelho (IV 2000), marca GEHAKA.

Os resultados referentes s propriedades termofsicas foram submetidos anlise de

regresso mltipla, quando foram avaliados diversos modelos polinomiais. O modelo escolhido foi

aquele que apresentou os parmetros significativos a 5% de probabilidade, utilizando-se como

critrios auxiliares o coeficiente de determinao e a concordncia com o fenmeno estudado. Para

realizao das anlises utilizou-se o pacote estatstico SAEG (RIBEIRO Jr., 2001).

Para a determinao das propriedades reolgicas da polpa de jenipapo, foi adotado um

esquema fatorial 6X4, sendo as temperaturas de 10C, 20C,30C, 40C, 50C e 60C e os teores

de slidos totais de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais, instalado no delineamento

inteiramente casualizados. Para variao do teor de slidos totais, a polpa inicialmente com 24% de

slidos totais foi diluda com gua destilada at que atingisse os slidos totais desejados, para essa

verificao, tambm foi utilizado o Infravermelho (IV 2000), marca GEHAKA .Em relao s propriedades reolgicas foram avaliadas os modelos de regresso no-

lineares de Casson, Ostwald-De-Waele (Lei da Potncia), Mizrahi-Berk, Herschel-Bulkley e

Plstico de Bingham. O modelo adequado foi obtido observando-se o coeficiente de determinao,

anlise de resduo e a concordncia com o fenmeno estudado. Os modelos foram avaliados e os

respectivos grficos construdos utilizando-se o software do SIGMAPLOT 8.0.

3.3 Caracterizao fsico-qumica.

Inicialmente foram realizadas anlises fsico-qumicas das polpas in natura de jenipapo.

Para tanto foram utilizados frutos, no mesmo estgio de maturao, com as anlises realizadas em

triplicata. Todas as anlises realizadas seguiram as normas do Instituto ADOLFO LUTZ (1985), da

AOAC (1996) ou segundo NIELSEN (1998).

3.3.1 Teor de umidade e slidos totais

Determinou-se os slidos totais e a umidade pelo mtodo descrito pelo INSTITUTO

ADOLFO LUTZ (1985), sendo os resultados expressos em percentagem (%).

3.3.2 pHO pH foi determinado utilizando-se um potencimetro de bancada (Marca Quimis-

Modelo, Brasil e preciso de 2%), devidamente calibrado, usando-se o mtodo do Instituto Adolfo

Lutz (1976), no4.7.2.



30

3.3.3 Slidos solveis totais (Brix)

O Brix foi determinado pelo mtodo refratomtrico proposto pela AOAC (1990). Uma

alquota da amostra diluda e triturada foi colocada sobre o prisma de um refratmetro porttil

ATAGO com escala 0 Brix a 32 Brix e preciso de 0,2%, procedendo-se leitura direta do ndice

refratomtrico.

3.3.4 Acidez total titulvel

A acidez das amostras foi determinada atravs de titulao com NaOH 0,1N, com

fenolftalena 1% (em etanol) como indicador, expresso em % de cido ctrico (massa por volume,

em base mida).

3.3.5 Cinzas

As cinzas foram determinadas utilizando-se a metodologia descrita pela AOAC (1997), e

os valores expressos em percentagem (%).

3.3.6 Protenas

As protenas foram determinadas pelo mtodo de Kjeldahl, atravs da determinao do

nitrognio total da amostra (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985).

3.3.7 Fibras

Pelo mtodo de determinao de fibras em detergente neutro determinou-se celulose,

hemicelulose e lignina, que so fibras insolveis, ou seja, fibra bruta CECCHI (1999).

3.4 Determinao das Propriedades Termofsicas

3.4.1 Determinao da densidade

A determinao da massa especfica foi feita por meio do mtodo picnomtrico, em

triplicata. Para cada temperatura de interesse (mantida constante utilizando-se um banho

termosttico, (Marca Quimis Modelo So Paulo, Brasil e preciso de 0,1C), o picnmetro de

25ml, lavado e seco foi pesado vazio em uma balana analtica, e sua massa devidamenteregistrada. Em seguida, o picnmetro foi preenchido com gua destilada na temperatura de

trabalho, e sua massa medida, obtendo dessa forma o volume exato do picnmetro (calibrao). Em

seguida, o mesmo era limpo como mencionado anteriormente e preenchido com a amostra na

concentrao e temperatura de interesse e pesado em uma balana analtica, com sua massa

devidamente registrada. O valor da massa especfica para a amostra dado ento pela Equao 1.



31

3.4.2 Determinao do calor especfico

O calor especfico das amostras foi determinado utilizando-se o mtodo do calormetro de

mistura. O calormetro de mistura utilizado constitudo por uma garrafa trmica isolada

termicamente, com um termopar para medies e preenchido com gua a uma dada temperatura,

quando uma amostra de 45g da polpa contida em um saco de polietileno selado era inserido no

calormetro (Figura 4). Aguardou-se o tempo suficiente para que o sistema atingisse o equilbrio.

Com as informaes obtidas pde-se calcular o valor do calor especfico pela Equao 2.

Figura 4- Desenho esquemtico do calormetro de mistura utilizado para medio do calor especfico.

3.4.3 Determinao da difusividade trmica

Para determinao experimental da difusividade trmica, utilizou-se a metodologia proposta

por DICKERSON (1965). O aparato utilizado consistiu em um cilindro de ao inoxidvel (3,8 cm

de dimetro, 25,5 cm de altura e 1,0 mm de espessura) isolado termicamente nas extremidades,

com dois termopares acoplados,sendo um na sua superfcie externa e o outro disposto no plano

central da mesma.

O cilindro foi totalmente preenchido com a amostra, e ento mergulhado em um banho

trmico cinemtico, marca Marconi e preciso de 0,1C, a uma temperatura de 5C, aguardava-se

que o equilbrio trmico entre a clula e o banho seja alcanado. Nesse momento inicia-se o

aquecimento no banho at que a temperatura interna da cpsula chegasse a aproximadamente 80C.

Foram registrados os valores da temperatura dos dois termopares, em intervalos de 2 minutos at o

fim do experimento (Figura 5). Calcula-se ento a difusividade trmica para a amostra dentro da

cpsula pela Equao 3.



32

TERMOPARES

Figura 5- Esquema do aparato para medio de difusividade trmica.

3.4.4 Determinao da condutividade trmica

Uma vez determinados os valores para a difusividade trmica, o calor especfico e a massa

especfica das amostras a uma dada temperatura, a condutividade trmica pode ser determinada

pela Equao 4.

3.5 Determinao das propriedades reolgicasAs medidas reolgicas foram realizadas em um remetro Brookfield modelo DVII+,

utilizando rotor (spindle) SC4-34 com adaptador para pequena quantidade de amostra (Brookfield

Engineering Laboratories, Massachussets, EUA). A Figura 6 mostra o remetro utilizado neste

trabalho e a Figura 7 os acessrios.

Um banho termosttico Brookfield TC-500 e preciso de 0,1C (Brookfield Engineering

Laboratories, Massachussets, EUA), foi utilizado para ajustar a temperatura das amostras da polpa

de jenipapo, na faixa de temperatura de 10 a 60C.

Para a realizao das anlises reolgicas, foi utilizado para cada medida 11 ml de amostra.

Variou-se a velocidade angular de 5,0 a 200 rpm no intervalo de 5 rpm, permanecendo durante 5

segundos em cada velocidade com controle de temperatura. Para cada velocidade angular

selecionada, o equipamento determinou a viscosidade, a taxa de deformao e a tenso de

cisalhamento correspondente, utilizando o programa computacional Rheocalc (verso V2.3,

Brookfield Engineering Laboratories, EUA).



33

Com os dados experimentais de tenso de cisalhamento e taxa de deformao obtida no

remetro, foram feitos ajustes dos modelos reolgicos de Mizrahi-Berk, Casson, Lei da Potncia e

Hershel-Bulkley e Plstico de Bingham, para a obteno dos parmetros dos modelos e

conseqente escolha do modelo que melhor descreve o comportamento reolgico de polpa de

jenipapo.

Figura 6- Remetro DV-II+ Figura 7-Acessrios do Remetro DV-II+



34

4 RESULTADOS E DISCUSSO

4.1 Caracterizao Fsico-QumicaNa Tabela 2 esto apresentados os resultados referentes caracterizao fsico-qumica da

polpa de jenipapo.

Tabela 2- Caracterizao fsico-qumica da polpa de jenipapo.

*Percentagem em massa / massa

O valor encontrado para o teor de umidade 74% prximo ao encontrado por

NASCIMENTO (2005) e SANTOS (2001) 74% e 73,8% respectivamente. Com relao ao pH o

valor encontrado neste trabalho prximo ao encontrado por FONSECA et al. (2003) de 3,52, o

valor obtido vm confirmar que a polpa de jenipapo bastante cida. O teor de slidos solveis,

17,00 Brix foi similar ao determinado por SANTOS (2001) e superior citado por FIGUEREDO

(1984).Esse valor elevado quando comparado com frutas tropicais (abacaxi, acerola, caj entreoutras). Os valores encontrados para cinzas e protenas so superiores dos encontrados por

ANDRADE (2000) 1,03% e 0,72 % respectivamente. O teor de fibra encontrado (4,86 %),

assemelha-se aos da pra, do jambo e das goiabas branca e vermelha, todas as frutas com alto teor

de fibras (TACO, 2008).

4.2 Densidade ou massa especfica

Os resultados experimentais da massa especfica da polpa de jenipapo para as temperaturas

e teores de umidade so apresentados na Tabela 3. Verificou-se que, a massa especfica diminui

com o aumento da temperatura e com o teor de gua. Este comportamento tambm foi observado

por outros autores que trabalharam com derivados de frutas, como suco de ma (CEPEDA e

VILLARN 1999); suco e pur de pssego (RAMOS e IBARZ 1998); suco de amora (CABRAL

2007).

Anlises Resultados

pH 3,43 0,06

Slidos Solveis (expressos em oBrix) 17,00 0,00

Acidez Titulvel Total (%, de cido ctrico) 1,04 0,01

Umidade (%)* 74,5 0,98

Protenas (%) (m/m)* 0,310,05

Fibras (%)* 4,86 0,89

Cinzas (%)* 2,33 0,06



35

Tabela 3-Valores experimentais da massa especfica da polpa de jenipapo.

Teor de gua (%) 94 91 88 85 82 79 76

T (oC) Massa Especfica ( kg/m3)

5 1020,69 1033,67 1043,03 1052,62 1067,60 1080,98 1092,2620 1017,80 1032,01 1041,34 1045,48 1054,86 1071,81 1084,16

35 1010,73 1015,23 1025,17 1031,25 1034,96 1059,81 1081,08

50 996,69 1003,18 1013,68 1014,57 1028,94 1054,99 1063,82

65 986,35 993,83 1007,96 1012,40 1026,31 1036,13 1040,40

80 976,13 979,86 991,57 996,81 1022,15 1032,60 1032,60

A equao 8 foi a que melhor representou a relao entre a densidade, o teor de gua e a

temperatura para a polpa de jenipapo.

=1369,42 0,710276 T - 3,6247 Xa R2=0,96 (8)

Onde: a densidade em kg/m3, T a temperatura em C e Xa teor de gua em %.

Na Figura 8 tem-se a representao grfica da massa especfica em funo da temperatura e

da umidade. Observa-se a dependncia da massa especfica com essas duas variveis. Este

comportamento tambm mencionado por autores que trabalharam com derivados de frutas, como

suco de ma (CEPEDA e VILLARN, 1999), suco e pur de pssego (RAMOS e IBARZ, 1998),

e para polpa de aa (PEREIRA et al, 2002).

TELIS-ROMERO et. al. (1998) para o suco de laranja brasileira, afirmaram que a gua

exerce maior influncia na massa especfica que a temperatura. Segundo LEWIS (1993) a adio

de qualquer slido, exceto gorduras na gua aumentar sua massa especfica. Esta afirmao est

de acordo com o encontrado neste trabalho, uma vez que houve um aumento da massa especfica

com a reduo do teor de gua e conseqente aumento do teor de slidos.

Na Figura 8, observa-se tambm uma reduo significativa da massa especfica com o

aumento da temperatura, isso pode ser atribudo a expanso trmica que ocorre com as polpas defrutas quando so aquecidas.



36

Figura 8- Variao da massa especfica com a temperatura e com o teor de gua da polpa de jenipapo.

4.3 Calor especfico

De acordo com os valores mdios experimentais apresentados na Tabela 4, tem-se um calor

especfico mnimo de 3,26 kJ/kg 0C e mximo de 4,06 kJ/kg 0C. Nota-se que com a reduo do teor

de umidade h uma reduo do calor especfico, com o menor valor determinado para a amostra a

76% de umidade e o maior na amostra a 94%, sendo a relao entre calor especfico e o teor deumidade diretamente proporcional.Esse comportamento foi o mesmo encontrado por autores como

LIMA et al, (2003) para polpa de umbu, SIMES (1997) para polpa de manga, SILVA (1997)

para a polpa de abacaxi.

O calor especfico de sucos de frutas apresentados por CHOI e OKOS (1986), situa-se

entre 3,00 a 4,00 kJ/kg 0C. Outros pesquisadores reportam valores de calor especfico de frutas na

mesma faixa mencionada, como 3,346 kJ/kg 0C para o aa (PEREIRA , 2003), 3,616 kJ/kg 0C para

polpa de bacuri ( MUNIZ et al, 2006), 2,962 kJ/kg 0C para polpa de banana (ALVARADO, 1994),

valores bem prximo dos encontrados experimentalmente neste trabalho para polpa de jenipapo.



37

Tabela 4- Valores mdios do calor especfico da polpa de jenipapo em funo do teor de umidade.

Para explicar a relao existente entre o teor de umidade e o calor especfico, foi ajustado

um modelos linear simples, que apresentou significncia dos parmetros (p



38

4.4 Difusividade Trmica

A partir da anlise estatstica dos dados percebeu-se que o teor de umidade e a temperatura

tm efeito significativo (p



39

Figura 10- Variao da difusividade trmica com a temperatura e com o teor de gua da polpa deJenipapo

4.5. Condutividade Trmica

A partir da anlise estatstica dos dados percebeu-se que o teor de gua e a temperatura tm

efeito significativo (p



40

(1996) que determinaram a condutividade trmica de amostras de ma e tomate variando o teor de

umidade temperatura de 30C e perceberam essa mesma tendncia de acrscimo com o aumento

da frao de gua.

A temperatura tambm exerceu uma influncia direta na condutividade trmica da polpa

de jenipapo, esse resultado condiz com KUROZAWA et al. (2008) no estudo da condutividade e

difusividade trmica do mamo e do caju.

Figura 11: Variao da condutividade trmica com a temperatura e com o teor de gua para a polpa dejenipapo

4.6 Comportamento reolgico

4.6.1 Polpa de Jenipapo

Os grficos da tenso de cisalhamento em funo da taxa de deformao obtidos para a

polpa de jenipapo nas concentraes de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais e nas

temperaturas de 10C, 20C, 30C, 40C, 50C e 60C, so apresentados nas Figuras 12 a 17.

Nas Figuras 12, 14,15 e 16 dois grupos de curvas foram observados, sendo que o primeiro

grupo est situado entre as concentraes de 6,0 e 7,5% e o segundo entre as concentraes de 9,0 e

10,5%, com os valores da tenso de cisalhamento mantendo-se constante com o aumento da

temperatura nas amostras de menores teores de slidos totais.

Em todas as figuras, as curvas obtidas indicaram que a temperatura tem um efeito maior na

mudana da estrutura da polpa de jenipapo a partir das concentraes de 9,0 e 10,5%, apresentando



41

algumas anormalidades nos dados de tenso de cisalhamento, ou seja, disperso dos pontos na

curva de fluxo. Observa-se na Figura 16, que houve um aumento da tenso de cisalhamento da

concentrao de 9% a 50C, quando comparada com a concentrao de 10,5%, submetidas

mesma taxa de deformao. No entanto, na Figura 17 houve uma diminuio da tenso de

cisalhamento na concentrao de 9% 60C, para essa mesma taxa.

Figura12-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 10C.

Figura 13-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 20C.



42





43





44

Nas Tabelas 5 a 10 so apresentados os parmetros dos modelos reolgicos Lei da

Potncia, Herschel-Bulkley, Casson, Mizrahi-Berk e Plstico de Bingham ajustados aos dados

experimentais da polpa de jenipapo nas concentraes de 6,0%, 7,5%,9,0% e 10,5% de slidos

totais e nas temperaturas de 10C, 20C, 30C, 40C, 50C e 60C.

Dentre os modelos, utilizados para descrever o comportamento reolgico da polpa de

jenipapo, os de Plstico de Bingham e o de Herschel-Bulkley proporcionou melhores parmetros na

maior parte das faixas de temperatura e concentrao estudadas, apresentando os valores para o

coeficiente de determinao (R2) superiores a 0,90. Nas concentraes de 6,0 e 7,5%, em todas as

faixas de temperatura, todos os modelos ajustaram adequadamente os dados experimentais.

Os valores dos ndices de comportamento do fluido (n) em todas as concentraes

ajustadas pelo modelo de Lei de Potncia ficaram abaixo do valor da unidade (n1), para quase todas as temperaturas e teores de slidos totais estudadas, apenas nas

concentraes de 6,0 e 7,5% 30C, o valor ficou abaixo da unidade (n



45

Tabela 5-Ajuste dos parmetros reolgicos polpa de jenipapo nas diversas concentraes a 10C

Tabela 6- Ajuste de diferentes modelos reolgicos polpa de jenipapo nas diferentesconcentraes a 20C

Modelo Parmetros 6% 7,5% 9% 10,5%

Lei da Potncia K(Pa.s )n

R2

1,180,83

0,98

2,430,60

0,96

10,860,40

0,93

33,020,23

0,71Herschel-Bulkley

K(Pa.s1)n

o(Pa.s1)

R2

0,431,053,550,99

0,271,096,850,98

0,141,3525,960,98

0,012,3054,100,94

Casson K(Pa.s1)o(Pa.s

1)R2

0,460,930,99

0,283,770,98

0,3515,740,96

0,3736,990,83

Mizrahi- Berk K(Pa.s1)o(Pa.s

1)R2

0,371,380,99

0,042,770,98

0,044,880,97

0,056,760,89

Plstico de

Bingham

p(Pa.s)o(Pa.s

1

)R2

0,55

2,960,99

0,40

6,160,99

0,63

22,180,97

0,91

45,060,88

Modelo Parmetros 6,0% 7,5% 9,0% 10,5%

Lei daPotncia

K(Pa.s1)nR2

3,280,600,98

3,600,610,96

14,020,450,93

19,920,450,87

Herschel-Bulkley

K(Pa.s1)n

o(Pa.s1)

R2

0,431,068,440,98

0,321,1511,110,98

0,121,5540,110,97

5,520,7226,650,99

Casson K(Pa.s1)o(Pa.s

1)R2

0,384,510,98

0,415,470,99

0,6117,930,99

0,8622,120,98

Mizrahi-Berk

K(Pa.s1)o

(Pa.s1)

R2

0,152,740,98

0,053,420,98

0,075,720,98

0,096,550,96

Plstico deBingham

p(Pa.s)o(Pa.s

1)

R

2

0,557,83

0,99

0,629,40

0,98

1,1429,57

0,99

1,7538,48

0,99



48

4.6.2 Efeito da temperatura sobre os parmetros reolgicos

A equao de Arrhenius apresentou um bom ajuste do efeito da temperatura na viscosidade

aparente da polpa de jenipapo nas quatro concentraes estudadas a uma taxa de cisalhamento

constante de 100s-1, como pode ser visto na Figura 18. Observa-se, que a viscosidade aparente,

aumenta com o inverso da temperatura. FERREIRA et al. (2002) encontraram esta mesmatendncia estudando as propriedades reolgicas da polpa de goiaba e VIDAL (2000) estudando o

comportamento reolgico da polpa de manga (Mangfera indica L-Keitt). O decrscimo na

viscosidade aparente pode ser atribudo ao aumento das distncias intermoleculares, que ocorrem

devido expanso trmica pelo aumento da temperatura (CONSTENLA et al., 1989).

Figura 18- Efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente calculada na taxa de deformao de 100 s -1,segundo a equao de Arrhenius, para polpa de jenipapo em diversas concentraes.

De acordo com a Tabela 11, possvel observar que a polpa de jenipapo apresentou valores

de energia de ativao (Eat) bem prximos para as concentraes de 6,0 e 7,5% (4,52 kcal/gmol e

4,51 kcal/gmol, respectivamente), o mesmo ocorreu nas concentraes de 9,0 e 10,5% ( 3,34

kcal/gmol e 3,35kcal/gmol), esse comportamento est de acordo com SILVA et al. (2005), que ao

avaliar o comportamento reolgico de suco acerola concluiu que a energia de ativao tende a

diminuir com o aumento do contedo de slidos. Esses valores so superiores daqueles encontrado

por HAMINIUK (2005), no estudo do comportamento reolgico das polpas de ara e amora-preta.

Por meio da energia de ativao possvel avaliar o efeito da temperatura sobre os parmetros

reolgicos do fluido, de modo que quanto maior for o valor de Eat, maior ser a influncia da

1/T*103(K

-1)

3,0 3,2 3,4 3,6

ln

ap

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6% de slidos

7,5% de slidos9% de slidos

10,5% de slidos

Valores preditos



49

temperatura. De acordo com STEFFE (1996), em um sistema, altos valores de E at indicam uma

mudana mais rpida na viscosidade com a temperatura.

Observa-se tambm que os valores de 0 aumentaram ligeiramente com a elevao da

concentrao de slidos totais, o mesmo comportamento foi verificado por TORRES (2003) no

estudo da viscosidade aparente da polpa de umbu-caj concentrada a 10C.

Tabela 11- Viscosidade aparente e energia de ativao, na taxa de deformao de 100 s -1, da polpade jenipapo em diversas concentraes.

Concentrao(%)

Eat(kcal/mol)

o R2

6,0 4,52 0,625 0,97

7,5 4,51 0,645 0,98

9,0 3,34 1,240 0,93

10,5 3,55 1,227 0,97

O parmetro viscosidade plstica (p) ajustado pelo modelo Plstico Bingham em funo

do inverso da temperatura, encontra-se na Figura 19. A viscosidade plstica (p) mostrou uma

tendncia de decrscimo com o aumento da temperatura, esse mesmo comportamento foi

encontrado por OLIVEIRA (2006) para polpa de pitanga integral, no ajuste do parmetro

viscosidades plstica (kC) pelo modelo de Casson e por GRANGEIRO (2004) que encontrou

tendncia semelhante do parmetro kC, estudando o comportamento reolgico da polpa de figo-da-

ndia com 19 Brix na faixa de temperatura de 30 a 60 C.

Figura 19- Efeito da temperatura sobre a viscosidade plstica (P) para polpa de jenipapo nasconcentraes de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais.



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