universidade estadual de campinas faculdade de...

i

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

CAROLYNE BITENCOURT FARIA

SECAGEM DA POLPA DE MARACUJÁ POR ATOMIZAÇÃO COM

ADIÇÃO DE MALTODEXTRINA E FARINHA DA SUA CASCA

CAMPINAS- SP

2014

iii

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

CAROLYNE BITENCOURT FARIA

SECAGEM DA POLPA DE MARACUJÁ POR ATOMIZAÇÃO COM

ADIÇÃO DE MALTODEXTRINA E FARINHA DA SUA CASCA

Tese apresentada a Faculdade de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutora em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Prof. Dr. Flavio Luis Schmidt

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL TESE DEFENDIDA PELA ALUNA CAROLYNE BITENCOURT FARIA, E ORIENTADA PELO PROFESSOR DOUTOR FLAVIO LUIS SCHMIDT

______________________________________

CAMPINAS

2014

v

Prof. Dr. Flavio Luis Schmidt – Presidente e Orientador FEA/Unicamp

Dra. Ana Silvia Prata Soares – Membro Titular FCA/Unicamp

Dra. Elaine Berges da Silva – Membro Titular Universidade de Sorocaba

Dra. Izabela Dutra Alvim – Membro Suplente Instituto de Tecnologia de Alimentos - ITAL/Campinas

Dra. Maria Isabel Berto – Membro Titular Instituto de Tecnologia de Alimentos - ITAL/Campinas

Dra. Michele Nehemy Bertéli – Membro Suplente Instituto de Tecnologia de Alimentos – ITAL/Campinas

Dra. Priscilla Efraim – Membro Titular FEA/Unicamp

Dr. Rafael Augustus de Oliveira – Membro Suplente FEAGRI/Unicamp

vii

ABSTRACT

This work aimed to evaluate the addition of passion fruit peel flour (PFPF), as a

substitute for part of maltodextrin used as an adjuvant in the spray drying of

passion fruit pulp. The study of the physic-chemical, technological and structural

characteristics of the flour obtained from the peel of yellow passion fruit was held.

This having high porosity, good solubility in liquid medium and high glass transition

temperature (TG), being a product with promising technological characteristics. To

assess the amount of PFPF added to replace maltodextrin, a study of the

rheological behavior was performed. The rheological parameters were determined

at 25, 40, 60 and 80°C via a coaxial cylinder viscometer, with variation of the strain

rate from 6,60 at 198 s-1. In data fitting mathematical models of the: Laws of Power

and Herschel-Bulkley. To optimize the maximum amount of PFPF was performed a

rotational central statistical design 23, with 3 central points, totaling 17 tests, where

the independent variables were the temperature of the incoming air (163 at 197°C),

the mass flow rate (340 at 540 mL/h) and the concentration of maltodextrin

(0/100% at 15/85% PFPF/maltodextrin w/w). The responses analyzed were bulk

density, moisture powder, ascorbic acid content, process yield, dissolution time

and hygroscopic powder. The addition of PFPF reduced moisture, increased yield

and conservation of ascorbic acid in the final product. So the best drying conditions

established were: 190°C, 500 mL/h and 11.6/88.4% PFPF/maltodextrin. The

produced at optimum powder showed good acceptability, when prepared in the

form of nectar, with only reduction of flavor. Its hygroscopicity was evaluated

adsorption isotherms. It was observed that the powder was stable at low humidity

and showed the same behavior of powders containing only maltodextrin. The

results of this study show the viability of the addition of PFPF in spray drying of

passion fruit pulp, improving the characteristics of the powder and its nutritional

value.

ix

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo a avaliação da adição da farinha da casca de

maracujá (FCM), em substituição parcial da maltodextrina utilizada como

coadjuvante de secagem na atomização da polpa de maracujá. Foi realizado o

estudo das características físico-químicas, tecnológicas e estruturais da farinha

obtida da casca do maracujá amarelo. Esta apresentou alta porosidade, boa

solubilidade em meio líquido e alta temperatura de transição vítrea (TG),

mostrando-se um produto com promissoras características tecnológicas. Para

avaliar a quantidade de FCM adicionada em substituição a maltodextrina, foi

realizado um estudo do seu comportamento reológico. Os parâmetros reológicos

foram determinados a 25, 40, 60 e 80°C, por meio de um viscosímetro de cilindros

coaxiais, com variação da taxa de deformação de 6,60 a 198,0 s-1. No ajuste dos

dados foram utilizados os modelos matemáticos: Leis da Potência e Herschel-

Bulkley. Para otimizar a quantidade máxima de FCM adicionada na polpa para se

obter sua secagem por atomização, foi realizado um planejamento estatístico

central rotacional 23, com 3 pontos centrais, totalizando 17 ensaios, onde as

variáveis independentes foram a temperatura do ar de entrada (163 a 197°C), a

vazão mássica de alimentação (340 a 540 mL/h) e a concentração de agente

carreador (0/100% a 15/85% - FCM/maltodextrina p/p). As respostas analisadas

foram densidade aparente, umidade do pó, teor de ácido ascórbico, rendimento do

processo, tempo de dissolução e higroscopicidade do pó. A adição da FCM

reduziu a umidade, aumentou o rendimento e a conservação do ácido ascórbico

no produto final. Assim as melhores condições de secagem estabelecidas foram:

190°C, 500 ml/h e 11,6/88,4% de FCM/maltodextrina. O pó produzido no ponto

ótimo apresentou boa aceitação sensorial, quando preparado na forma de néctar,

com apenas redução do aroma. Foi avaliada sua higroscopicidade através de

isotermas de adsorção. Observou-se que o pó permaneceu estável a baixas

umidades e mostrou o mesmo comportamento dos pós contendo apenas

maltodextrina. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram a viabilidade da

adição da FCM na secagem por atomização da polpa de maracujá, melhorando as

características do pó e seu valor nutricional.

xi

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1

OBJETIVOS DO TRABALHO .............................................................................. 4

CAPÍTULO 1 ........................................................................................................... 5

INFLUÊNCIA DOS AGENTES ENCAPSULANTES NA SECAGEM DE POLPA DE

FRUTAS POR ATOMIZAÇÃO – REVISÃO ............................................................. 5

1.1. Introdução ..................................................................................................... 9

1.2. Processo de atomização ............................................................................. 10

1.2.1. Microencapsulação ............................................................................... 12

1.3. Tipos de encapsulantes utilizados na secagem de polpas de frutas por

atomização ......................................................................................................... 12

1.3.2. Secagem de polpas com adição de maltodextrina................................ 15

1.3.3. Secagem de polpas com adição de maltodextrina e outros

coadjuvantes. .................................................................................................. 20

1.4. Conclusões ................................................................................................. 25

1.5. Referências Bibliográficas ........................................................................... 26

CAPÍTULO 2 ......................................................................................................... 33

PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS E MICROESTRUTURA DA FARINHA DA

CASCA DO MARACUJÁ. ...................................................................................... 33

RESUMO............................................................................................................... 35

ABSTRACT ........................................................................................................... 36

2.1. Introdução ................................................................................................... 37

2.2. Materiais e métodos .................................................................................... 38

2.2.1. Produção da farinha da casca do maracujá .......................................... 38

2.2.2. Caracterização físico - química da Farinha da casca do maracujá. ...... 39

2.2.3. Determinação das propriedades físicas da Farinha da casca do

maracujá. ........................................................................................................ 40

2.2.3.1. Tempo de dissolução ............................................................................... 40

2.2.3.2. Índice de Absorção de água (IAA) e do índice de Solubilidade em água

(ISA). ..................................................................................................................... 40

2.2.3.3. Densidade absoluta, aparente e porosidade............................................. 41

2.2.4. Propriedades térmicas da Farinha da casca do maracujá .................... 42

xii

2.2.4.1. Determinação da Temperatura de transição vítrea (TG) ........................... 42

2.2.5. Características estruturais da Farinha da casca do maracujá .............. 42

2.2.5.1. Distribuição do tamanho de partícula ....................................................... 42

2.2.5.2. Microscopia eletrônica de varredura ......................................................... 43

2.3. Resultados e Discussão .............................................................................. 43

2.3.1. Caracterização química da Farinha da casca do maracujá. ................. 43

2.3.2. Características Tecnológicas. ............................................................... 45

2.3.2.1. Densidade absoluta, aparente e porosidade............................................. 46

2.3.2.2. Temperatura de Transição Vítrea ............................................................. 47

2.3.2.3. Distribuição de tamanho de partículas ...................................................... 48

2.3.2.4. Microscopia de Varredura ......................................................................... 49

2.4. Conclusões ................................................................................................. 51

2.5. Referências Bibliográficas ........................................................................... 52

CAPÍTULO 3 ......................................................................................................... 59

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA ADIÇÃO DE

DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE MALTODEXTRINA E FARINHA DA

CASCA DO MARACUJÁ EM SUA POLPA ........................................................... 59

RESUMO............................................................................................................... 61

ABSTRACT ........................................................................................................... 62

3.1. Introdução ................................................................................................... 63

3.2. Materiais e Métodos .................................................................................... 65

3.2.1. Preparo das amostras ........................................................................... 65

3.2.1.1. Caracterização da matéria prima .............................................................. 66

3.2.2. Determinação dos parâmetros reológicos. ........................................... 66

3.3. Resultados e Discussão .............................................................................. 68

3.3.1. Comportamento reológico ..................................................................... 68

3.3.2. Análise dos modelos matemáticos ........................................................ 74

3.4. Conclusão ................................................................................................... 80

3.5. Referências Bibliograficas ........................................................................... 81

CAPÍTULO 4 ......................................................................................................... 85

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DA FARINHA DA CASCA E MALTODEXTRINA NA

MICROENCAPSULAÇÃO DA POLPA DO MARACUJÁ POR ATOMIZAÇÃO. ..... 85

xiii

RESUMO............................................................................................................... 87

ABSTRACT ........................................................................................................... 88

4.1. Introdução ................................................................................................... 89

4.2. Materiais e Métodos .................................................................................... 91

4.2.1. Matéria-prima ........................................................................................ 91

4.2.2. Preparo das amostras ........................................................................... 92

4.2.3. Comportamento reológico ..................................................................... 92

4.2.4. Atomização e condições experimentais ................................................ 93

4.2.4.1. Análises físico- químicas realizadas ......................................................... 95

Teor de ácido ascórbico: ................................................................................................... 95

Tempo de dissolução: ........................................................................................................ 95

Umidade: ........................................................................................................................... 96

Densidade Aparente: ......................................................................................................... 96

Higroscopicidade: .............................................................................................................. 96

Rendimento: ...................................................................................................................... 96

4.2.5. Morfologia ............................................................................................. 97

4.2.6. Distribuição do tamanho de partículas .................................................. 97

4.2.7. Análise Sensorial .................................................................................. 98

4.3. Resultado e Discussão ............................................................................... 99

4.3.1. Caracterização da matéria-prima .......................................................... 99

4.3.2. Comportamento reológico ................................................................... 100

4.3.3. Análise estatística ............................................................................... 104

4.3.4. Morfologia das partículas .................................................................... 118

4.3.5. Distribuição do tamanho das partículas .............................................. 121

4.3.6. Otimização da secagem ..................................................................... 125

4.3.7. Análise Sensorial ................................................................................ 126

4.4. Conclusões ............................................................................................... 127

4.5. Referências Bibliograficas ......................................................................... 128

CAPÍTULO 5 ....................................................................................................... 135

ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DA POLPA MICROENCAPSULADA DE

MARACUJÁ COM MALTODEXTRINA E FARINHA DE SUA CASCA POR SPRAY

DRYER. ............................................................................................................... 135

xiv

RESUMO............................................................................................................. 137

ABSTRACT ......................................................................................................... 138

5.1. Introdução ................................................................................................. 139

5.2. Materiais e Métodos .................................................................................. 141

5.2.1. Matéria-prima ...................................................................................... 141

5.2.2. Preparo da amostra ............................................................................ 142

5.2.3. Secagem ............................................................................................. 142

5.2.4. Isotermas de Sorção ........................................................................... 142

5.2.4. Modelos Matemáticos ......................................................................... 143

5.2.5. Propriedades Termodinâmicas ........................................................... 145

5.2.5.1. Diferencial de entalpia e diferencial de entropia de sorção ..................... 145

5.3. Resultado e Discussão ............................................................................. 146

5.3.1. Ajuste das Isotermas por Modelos Matemáticos .................................... 150

5.3.2. Diferencial de Entalpia e Entropia ....................................................... 153

5.4. Conclusões ............................................................................................... 157

5.5. Referências Bibliográficas ......................................................................... 158

CONCLUSÕES GERAIS ..................................................................................... 163

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 165

ANEXOS ............................................................................................................. 169

Capítulo 4 ......................................................................................................... 169

GRÁFICOS DO COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE .............................. 169

ANOVAS DA ANÁLISE ESTATÍSTICA ............................................................ 172

Capítulo 5 ......................................................................................................... 174

FIGURAS DAS ISOTERMAS ........................................................................... 174

GRÁFICOS DA DETERMINAÇÃO DA TRANSIÇÃO VÍTREA ......................... 177

xv

DEDICATÓRIA

A minha família, principalmente a minha querida mãe Maria do Carmo pelo

carinho, dedicação e apoio sempre presentes;

Ao meu esposo Floriano pelo amor e companheirismo;

A minha amada filha Heloísa que é a luz da minha vida;

xvii

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, por sempre estar presente em todos os momentos

guiando meus caminhos e pelo dom da vida.

A minha mãe, pela minha educação e formação, e ao incentivo sempre

dado sem nunca medir esforços.

Aos meus familiares, pelo convívio, compreensão, companheirismo e

auxílio.

Ao meu esposo Floriano e a minha filha Heloísa por estarem sempre ao

meu lado e me darem força para alcançar meus objetivos.

Ao prof. Dr. Flávio Luís Schmidt, pela orientação, confiança, apoio, carinho

e amizade. Obrigada pelos ensinamentos e conselhos sempre presentes.

A Ana Koon pela amizade, carinho e ajuda sempre presentes.

Aos membros da banca por seus valiosos comentários e paciência na

correção.

Ao Cnpq pela bolsa de estudos e financiamento para a realização do

trabalho.

Aos alunos de graduação Nicole e Kaian, que me ajudaram na realização

deste trabalho.

Aos amigos do laboratório, Diana, Simone, Kazumi, Sebastian, Luana,

Ingrid. Meu muito obrigado pelas conversas, carinho e amizade sempre presente.

As técnicas Sandra, Adriana e Leila e aos funcionários do Departamento de

Tecnologia de Alimentos, pela ajuda, conversas e amizade.

A todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.

xix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1. Termograma obtido para a amostra de farinha da casca de

maracujá. ...................................................................................................... 47

Figura 2.2. Distribuição de tamanho da partícula da farinha da casca do

maracujá ....................................................................................................... 49

Figura 2.3. Imagens da microestrutura da Farinha da casca do maracujá, (a)

Aumento de 85 vezes e (b)Aumento de 450 vezes ..................................... 50

Figura 3.1. Comportamento reológico da polpa de maracujá com diferentes

porcentagens de farinha da casca do maracujá a 25°C ............................... 69


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 40°C ............................... 70


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 60°C. .............................. 70


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 80°C. .............................. 71

Figura 3.5. Comportamento da viscosidade aparente da polpa de maracujá

com 0,0 e 15%FCM em diferentes temperaturas. ......................................... 72

Figura 3.6. Viscosidade da polpa de maracujá em função da concentração

de FCM em diferentes temperaturas. ........................................................... 73

Figura 3.7. Dados reológicos da polpa de maracujá com diferentes

concentrações de FCM em 4 diferentes temperaturas. ................................ 78

Figura 3.8. Curva de Arrhenius: (a) viscosidade aparente a (b) coeficiente de

consistência para as diferentes concentrações de FCM, nas temperaturas de

25, 40, 60 e 80°C. ......................................................................................... 79

xx


concentrações de FCM e maltodextrina a 25°C. ........................................ 101







Figura 4.5. Viscosidade da polpa de maracujá em função da concentração

de FCM. ...................................................................................................... 103

Figura 4.6. Superfícies de resposta para densidade aparente, relacionando:

(a) temperatura × concentração de FCM; (b) vazão × concentração de FCM.

.................................................................................................................... 109

Figura 4.7. Superfícies de resposta para umidade, relacionando: (a) vazão ×

concentração de FCM; (b) temperatura × concentração de FCM; (c) vazão x

temperatura................................................................................................. 111

Figura 4.8. Superfícies de resposta para rendimento, relacionando:

(a)temperatura × concentração de FCM; (b) vazão × temperatura. ............ 113

Figura 4.9. Superfícies de resposta para tempo de dissolução, relacionando

vazão × concentração de FCM. .................................................................. 114

Figura 4.10. Superfícies de resposta para Higroscopicidade, relacionando:

(a)temperatura × concentração de FCM; (b) vazão × concentração de FCM.

.................................................................................................................... 116

Figura 4.11. Imagens das partículas resultantes da secagem da polpa de

maracujá, produzidas com diferentes concentrações de maltodextrina de

FCM a 170°C. ............................................................................................. 119

xxi


maracujá, produzidas com diferentes concentrações de maltodextrina e FCM

a 190°C. ...................................................................................................... 119

Figura 4.13. Imagens dos pós resultantes da secagem da polpa de maracujá

com 0 e 15% de FCM, produzidos por spray dryer. .................................... 121

Figura 4.14. Distribuição do tamanho de partículas dos pós produzidos com

diferentes concentrações de FCM com maltodextrina (MD), a 180ºC e vazão

volumétrica de 440 mL/h. ............................................................................ 122

Figura 4.15. Distribuição do tamanho de partículas dos pós produzidos em

diferentes temperaturas de secagem, 7,5% de FCM e vazão volumétrica de

440 mL/h. .................................................................................................... 123

Figura 5.1. Isoterma de adsorção das microcápsulas de polpa de maracujá

com adição de maltodextrina e 0,0, 11,6 e15% FCM obtido por spray dryer e

11,6% FCM (*) liofilizado a 25°C. ............................................................... 148


com adição de maltodextrina e 0;11,6 e15% FCM obtido por spray dryer e





Figura 5.4. Diferencial de entalpia de adsorção das microcápsulas

preparadas com maltodextrina e FCM por spray dryer e (*)liofilizador em

função da umidade de equilíbrio. ................................................................ 153

Figura 5.5. Diferencial de entropia de adsorção das microcápsulas

preparadas com maltodextrina e FCM por spray dryer e (*)liofilizador em

função da umidade de equilíbrio. ................................................................ 155

xxii

Figura 5.6. Diferencial de entalpia em função do diferencial de entropia das

microcápsulas preparadas com maltodextrina e FCM por spray dryer e (*)

liofilizador em função temperatura. ............................................................. 156

Figura 4.A. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de

maracujá com diferentes concentrações de FCM e maltodextrina, em função

da taxa de deformação a 25°C. .................................................................. 169

Figura 4.B. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de



Figura 4.C. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de



Figura 4.D. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de



Figura 5.A. Amostras dos pós atomizados (a, b e d) e liofilizado* (c), após

equilíbrio a 25°C nas isotermas de adsorção em ordem crescente de Aw ( 0,1

a 0,8). .......................................................................................................... 174

Figura 5.B. Amostras dos pós atomizados (a, b e d) e liofilizado* (c), após


a 0,8). .......................................................................................................... 175

Figura 5.C. Amostras dos pós atomizados (a, b e d) e liofilizado* (c), após


a 0,8). .......................................................................................................... 176

Figura 5.D. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 0,0 %FCM atomizada por DSC. .......................................... 177

xxiii

Figura 5.E. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 11,6%FCM atomizada por DSC. ......................................... 177

Figura 5.F. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 11,6%FCM liofilizada por DSC. ........................................... 178

Figura 5.G. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 15,0 %FCM atomizada por DSC. ........................................ 178

xxv

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 – Estudos de secagem em polpa/suco de frutas realizados com

adição de maltodextrina ................................................................................ 19

Tabela 1.2 – Estudos de secagem em polpa/suco de frutas realizados com

adição de maltodextrina e outros coadjuvantes ............................................ 22

Tabela 2.1- Caracterização da Farinha da casca do maracujá .................... 43

Tabela 2.2 – Resultado do estudo de porosidade da farinha da casca do

maracujá. ...................................................................................................... 46

Tabela 3.1 - Concentrações de FCM e maltodextrina adicionadas ao suco de

maracujá. ...................................................................................................... 65

Tabela 3.2 – Características da polpa de maracujá. .................................... 68

Tabela 3.3 - Resultado modelo matemático de Herschel-Bulkley para as

diferentes concentrações de FCM e maltodextrina. ...................................... 75

Tabela 3.4 – Resultado do modelo matemático Lei da Potência para as

diferentes concentrações de FCM e maltodextrina. ...................................... 76

Tabela 3.5 – Energia de ativação obtida a partir da Equação de Arrhenius

para viscosidade aparente na taxa de deformação de 106s-1 para a polpa de

maracujá com diferentes concentrações de FCM. ........................................ 80

Tabela 4.1 – Variáveis independentes codificadas do delineamento

estatístico aplicado. ...................................................................................... 94

Tabela 4.2 – Planejamento estatístico da microencapsulação da polpa de

maracujá com adição de maltodextrina e FCM. ............................................ 94

Tabela 4.3 - Composição química centesimal da polpa de maracujá pura. . 99

xxvi

Tabela 4.4 - Resultados das análises de resposta do planejamento

estatístico. ................................................................................................... 106

Tabela 4.5 - Coeficientes (C) de regressão e análise estatística (valor p) do

planejamento estatístico. ............................................................................ 107

Tabela 4.6 - Modelos matemáticos obtidos no planejamento estatísticos dos

parâmetros de resposta. ............................................................................. 117

Tabela 4.7. Diâmetro médio D[4,3] das partículas produzidas com diferentes

concentrações da farina da casca do maracujá (FCM) e maltodextrina (MD),

a 180°C e vazão volumétrica de 440 mL/h. ................................................ 124

Tabela 4.8. Diâmetro médio D[4,3] das partículas produzidas em diferentes

temperaturas, com 7,5% FCM/MD e vazão volumétrica de 440 mL/h. ....... 124

Tabela 4.9 - Médias das notas obtidas das amostras de néctar de maracujá

produzidos com polpa concentrada (NPC) e polpa em pó encapsulada

(NPE). ......................................................................................................... 126

Tabela 5.1 – Umidade de equilíbrio (Xeq) a 25, 35 e 45°C,das amostras

contendo maltodextrina e diferentes porcentagens de FCM obtidos por spray

dryer e (*)liofilizado. .................................................................................... 147

Tabela 5.2 - Resultados dos cálculos da aplicação do Modelo matemático de

BET. ............................................................................................................ 151

Tabela 5.3 – Resultados dos cálculos da aplicação do Modelo matemático de

GAB. ........................................................................................................... 151

Tabela 5.4 - Resultados dos cálculos da aplicação do modelo matemático de

Oswin. ......................................................................................................... 152

Tabela A - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para a

densidade aparente. ................................................................................... 172

xxvii

Tabela B - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para o

rendimento. ................................................................................................. 172

Tabela C - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para a

umidade. ..................................................................................................... 172

Tabela D - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para teor de

ácido ascórbico. .......................................................................................... 173

Tabela E - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado tempo de

dissolução. .................................................................................................. 173

Tabela F - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para

higroscopicidade. ........................................................................................ 173

xxviii

1

INTRODUÇÃO

Originário da América Tropical, o maracujá (Passiflora edulis) é um fruto

muito cultivado no Brasil. Sua polpa é bastante aromática e rica em pró-vitamina

A, vitamina C, vitaminas B1 e B2, carotenóides em geral, minerais como cálcio,

fósforo e potássio, além de fibras. A maior importância econômica do fruto está na

industrialização de sua polpa na forma de suco concentrado. A produção anual de

maracujá no Brasil é de 718,798 mil ton. ano-1 (Embrapa, 2009). Mais da metade

da produção mundial dessa fruta é destinada à fabricação de suco concentrado,

cujo processo apresenta um rendimento médio de 30%.

A produção e comercialização do suco/polpa de maracujá tem enfrentado

muitas dificuldades em relação ao transporte e vida de prateleira. A fruta

apresenta certa vida útil e, portanto necessita de rápida comercialização. O suco

natural normalmente apresenta uma concentração de 12-14°Brix e de 50°Brix

quando concentrado (IAC, 2014). Em relação aos subprodutos, a casca do

maracujá representa 52% da composição mássica da fruta (Córdova et al., 2005;

Gondim et al., 2005), resíduo este que não pode ser desprezado, uma vez que é

um material rico em fibras solúveis e minerais, aproveitado na maioria das vezes

na preparação de ração animal, ou dispensado como um resíduo agroindustrial

problemático (Oliveira et al., 2002).

Um dos processos cada vez mais utilizados nos últimos anos para

prolongar a vida útil de polpas de frutas é a secagem por spray dryer ou

atomização. Este processo tem por finalidade transformar a polpa de fruta em pó,

permitindo uma maior estabilidade e longevidade do produto, ampliando o acesso

do consumidor, especialmente nos períodos de entressafra (Anselmo et al., 2006).

Na prática, a implementação de novas técnicas de processamento tendem

a reduzir o custo dos alimentos bem como os impactos ambientais. O investimento

na tecnologia de secagem por atomização gera influência positiva na segurança

alimentar e sustentabilidade e, no âmbito mercadológico, pode consolidar posição

2

e ampliar o mercado consumidor internacional para produtos genuinamente

brasileiros (Silva et al., 2014).

A atomização para a produção de alimentos microencapsulados é um

processo amplamente utilizado na indústria de alimentos, e, em condições ideais

de processamento, tem se mostrado eficaz na obtenção de diversos produtos. O

uso do spray dryer na indústria alimentícia, se bem dimensionado, pode ser

rentável e bastante promissor, além de manter as propriedades das frutas para

aplicação em vários alimentos industrializados. Além disso, o cenário econômico

do mercado de alimentos processados de frutas é profícuo para todos os países

do mundo, independentemente do seu estágio de desenvolvimento,

principalmente, por força das perspectivas de aumento da população global (Silva

et al., 2014).

Apesar de todas as vantagens relacionadas ao processo de secagem por

atomização, os pós resultantes da secagem de polpas de fruta costumam

apresentar alguns problemas de manipulação, tais como pegajosidade (stickiness)

e alta higroscopicidade, decorrente da presença de açúcares e ácidos de baixo

peso molecular, que apresentam uma baixa temperatura de transição vítrea (TG).

Isto pode provocar a adesão do pó nas paredes do secador, dificuldade de

manipulação, empastamento e compactação do pó, tornando seu armazenamento

e utilização substancialmente mais difíceis (Dolinsky et al., 2000; Woo et al., 2008;

De-Oliveira et al.,2009). Assim é fundamental o uso de aditivos (ou agentes

carreadores), tais como amidos e seus derivados, algumas gomas e proteínas, a

fim de aumentar a TG do produto, facilitando a secagem e as operações de

transporte e armazenamento.

Os polímeros de alto peso molecular, como as maltodextrinas, apresentam

TG entre 100°C a 243°C (amido puro), e aumentam consequentemente a TG da

mistura (Roos & Karel, 1991), porém, vários autores têm utilizado outros polímeros

de alto peso molecular na atomização de polpa e suco de frutas. Brennam et al.,

(1971) secaram suco de laranja concentrado pelo método de Spray Drying com

adição de carboximetil celulose (CMC), goma arábica e glucose, embora não

tenha atingido bons resultados devido a característica termoplástica e alta

3

higroscopicidade do produto. Senoursi (1991) não encontrou diferença significativa

durante a secagem de suco de abricó, cassis e morango em Spray Dryer com

adição de pectina (acima de 2%). Estes resultados mostram que as moléculas de

cadeia mais longas nem sempre proporcionam a mesma taxa de secagem do que

as maltodextrinas em Spray Dryer. Além disso, seu uso deve ser limitado, pois

acarretam alta viscosidade ao produto, o que não é recomendado nem na

secagem e nem desejado para o uso final do pó.

Na busca por diferentes materiais que possam ser utilizados como

coadjuvantes de secagem, que tenham características desejáveis como alto peso

molecular, que não sejam reativos com o núcleo e que venham a agregar valor

nutricional ao produto em pó obtido a um baixo custo, o estudo da adição de fibras

tanto solúveis quanto insolúveis, proveniente de resíduos como a casca das frutas,

é de grande interesse.

Hoje em dia, fibras de frutas já estão disponíveis com melhores

propriedades de hidratação. O material fibroso tornou-se mais macio e pode ser

aplicado em emulsões de óleo/água ou em produtos gelados, sem a formação de

arenosidade. Isto permite novas possibilidades de aplicação das fibras como

ingredientes alimentares, com efeito positivo na saúde, e, ao mesmo tempo,

vantagens tecnológicas e sensoriais (Fischer, 2001; Endress & Fischer, 2001;

Figuerola et al., 2005).

Neste contexto, a casca do maracujá é rica em fibras solúveis,

principalmente pectina, que é benéfica ao ser humano (Guertzenstein, 1998; Yapo

& Koffi, 2006). Ao contrário da fibra insolúvel (contida no farelo dos cereais), que

pode interferir na absorção do ferro, a fibra solúvel pode auxiliar na prevenção de

doenças cardiovasculares e gastrointestinais, câncer de colón, hiperlipidêmicas,

diabetes e obesidade, entre outras (Schweize & Wursch, 1991; Turano et al.,

2002).

4

OBJETIVOS DO TRABALHO

Produzir e avaliar as características da farinha da casca do maracujá com

relação a suas propriedades físico-químicas, tecnológicas (absorção de água,

índice de solubilidade, densidade aparente, porosidade, temperatura de transição

vítrea, tempo de dissolução) e estruturais, por meio da microscopia eletrônica de

varredura e com isto, analisar sua possível utilização como coadjuvante de

secagem.

Estudar o aproveitamento e utilização da farinha da casca na substituição

da maltodextrina na secagem do suco de maracujá por atomização, analisando

seu impacto na viscosidade da solução e avaliando a melhor concentração a ser

utilizada de forma a produzir um suco em pó com maior valor nutricional,

estudando suas características e seu comportamento de secagem.

Analisar o comportamento e estabilidade do pó produzido nas condições de

secagem selecionadas por meio de isotermas de adsorção, avaliando qual a

melhor condição de armazenamento com relação à temperatura e atividade de

água.

5

CAPÍTULO 1

INFLUÊNCIA DOS AGENTES ENCAPSULANTES NA SECAGEM DE POLPA

DE FRUTAS POR ATOMIZAÇÃO – REVISÃO

Artigo a ser submetido a revista Drying Technology

C. B. Faria, F. L. Schmidt

7

RESUMO

A secagem por atomização é a transformação de um alimento fluido em um

produto seco, através do uso de ar aquecido em um equipamento denominado

spray dryer. O pó obtido depende das propriedades físicas e químicas do alimento

que irão afetar seu comportamento durante o processo. A secagem por

atomização de suco/polpa de frutas possui diversos desafios devido à presença de

açúcares de baixo peso molecular e ácidos orgânicos, que levam o produto a ter

uma baixa temperatura de transição vítrea (TG), dificultando o processo. Assim,

este processo requer a adição de coadjuvantes ou encapsulantes, como é o caso

da maltodextrina, goma arábica e outros tipos de amidos e gomas. Apesar da

secagem por atomização ser extensivamente investigada, não há muitos estudos

que possam predizer as propriedades dos produtos obtidos. Na literatura, há

estudos dedicados ao efeito das propriedades de alimentação e condições de

secagem nos equipamentos e das propriedades físicas do pó, como teor de

umidade, densidade aparente, higroscopicidade, solubilidade e grau de

pegajosidade “caking”, mas estas avaliações são muitas vezes ambíguas. O

objetivo desta revisão é reportar e comparar os pós obtidos de diferentes frutas,

com adição de maltodextrina e outros tipos de encapsulantes nas propriedades

dos pós obtidos ao longo do tempo. Os trabalhos citados descrevem as

características obtidas nos pós e as proporções de agentes de secagem

adicionados com relação ao suco/polpa da fruta e o teor de sólidos e o resultado

obtido no equipamento utilizado. Observa-se que como cada fruta é seca

avaliando certos parâmetros, não há como estabelecer um padrão de secagem

para determinado tipo de fruta ou para um determinado grupo de frutas, devido a

vários fatores como a variação de sua composição, concentração, equipamento e

tipo de encapsulante utilizado.

8

ABSTRACT

The dryer for atomization is the transformation of a feed fluid into a dry product,

through the use of heated air in a spray dryer. The powder obtained depends on

the physical and chemical properties of the food that will affect their behavior

during drying. Spray drying of juice / fruit pulp has several challenges due to the

presence of low molecular weight sugars and organic acids, which carry the

product to a low glass transition temperature (TG), making the process difficult.

Thus, this process requires the addition of adjuvant or encapsulants, such as

maltodextrin, gum arabic and other types of starches and gums. Although the

spray drying is extensively studied, there are few studies that can predict the

properties of the products obtained. In the literature, there are studies devoted to

the effect of feed properties and drying conditions on the equipment and the

physical properties of the powder, as moisture content, bulk density,

hygroscopicity, solubility and degree of stickiness "caking", but these assessments

are often ambiguous. The aim of this review is to report and compare the obtained

powders of different fruits, with added maltodextrin and other types of encapsulants

in the properties of the powders over time. The papers cited describe the

characteristics obtained in the powder and the proportions and drying agents

added with respect to juice / pulp and the solids content and the result obtained in

the equipment used. It is observed that as each fruit is dried evaluating certain

parameters, there is no way to establish a drying pattern for a particular type or a

particular group of fruits due to various factors such as changes in its composition,

concentration, equipment and type encapsulant used.

9

1.1. Introdução

A secagem por atomização, quando realizada em condições otimizadas,

pode ser um método eficiente na obtenção de produtos alimentícios em pó.

Quando aplicada a produtos ricos em açúcar, como sucos de frutas, apresenta um

grande potencial econômico, uma vez que resulta em produtos com volume muito

reduzido, o que facilita seu transporte, armazenamento, além de aumentar sua

vida de prateleira, mantendo suas características sensoriais e nutricionais, já que

contribui para a conservação de vitaminas, carotenoides, fenóis e outros

compostos presentes na fruta.

Os pós de frutas produzidos por atomização são em geral altamente

higroscópicos e pegajosos devido aos açúcares e ácidos orgânicos presentes, que

têm baixa temperatura de transição vítrea (TG), apresentando pegajosidade e

elasticidade na câmara de secagem (Bhandari et al. 1997; Bhandari & Hartel,

2005), tornando a secagem destes produtos puros, geralmente inviável

economicamente, devido a perdas causadas na câmara de secagem (Bhandari &

Howes, 2000).

Uma maneira de conseguir uma secagem bem sucedida destes tipos de

alimentos é elevar a TG pela adição de polímeros de alto peso molecular. Os

polímeros mais utilizados são as maltodextrinas, cuja TG varia de 100°C a 243°C

(amido puro) de acordo com sua dextrose equivalente (DE) (Roos & Karel, 1991).

Sua adição contribui para a secagem de um pó mais estável. A quantidade

utilizada normalmente é limitada pela viscosidade e pela característica sensorial

do pó obtido. Outros polímeros também são utilizados como a goma arábica ou

acácia, amido modificados e gomas de origem vegetal.

Em vista das possibilidades de melhorar o processo de secagem com o uso

de vários polímeros, torna-se interessante estudar a influência destes nos pós

obtidos. Nos estudos realizados, diversas variáveis tem sido avaliadas, como o

tipo de equipamento utilizado, a concentração inicial do produto, a pressão

empregada ou a velocidade de rotação em atomizadores rotativos, a influência da

vazão de alimentação e do tamanho do bico nas partículas obtidas, além de

10

variações nos tipos de frutas e agentes encapsulantes. Deste modo esta revisão

visa mostrar as principais características dos pós obtidos com os tipos de agentes

de secagem utilizados em diversas frutas.

1.2. Processo de atomização

Através da introdução de um produto no estado fluido (solução líquida,

emulsão ou pasta) em um meio aquecido, numa operação contínua, a secagem

por atomização consiste na transformação deste produto em um pó (Masters,

1980). A possibilidade da obtenção dos produtos diretamente na forma de pó, sem

dúvida é o ponto principal da tecnologia, pois se eliminam etapas posteriores de

moagem, típicas de outros métodos de secagem.

A atomização se baseia em quatro fases: 1) atomização do líquido; 2)

contato do líquido com o ar quente; 3) evaporação da água; 4) separação do

produto em pó do ar de secagem (Gava, 1978).

Atomização de líquidos em pequenas gotículas pode ser realizada por

pressão ou por energia centrífuga. Entre os atomizadores usados pode-se citar o

pneumático como uso de bico de pressão e o centrífugo com diferentes

configurações de discos de rotação (Master, 1968). A finalidade desta etapa é

criar uma superfície máxima de transferência de calor entre o ar seco e o líquido

atomizado a fim de otimizar a transferência de calor e massa. A escolha do

atomizador depende da natureza e da viscosidade dos alimentos e das

características desejadas do produto seco a ser obtido (Gharsallaoui et al., 2007).

O contato das partículas com o ar quente na câmara de secagem ocorre

durante a atomização, onde se inicia a fase de secagem. De acordo com a

colocação do atomizador em relação ao espalhador de ar quente, pode-se

denominar a secagem em co-corrente ou contra-corrente. Neste último, o líquido é

pulverizado na direcção oposta ao fluxo de ar quente, onde o produto seco é

exposto a altas temperaturas, o que limita a aplicação deste processo em produtos

termo-sensível (Fleming, 1921).

11

Com base na teoria fundamental da secagem, ocorrem três distintos passos

sucessivos. Logo após o líquido entrar em contato com o ar quente, a

transferência de calor, principalmente, se faz com que o aumento da temperatura

das gotículas até um valor constante. Este valor é definido como a temperatura do

ar de secagem; depois disso, a evaporação de água da gotícula é realizada a

temperatura constante e a uma pressão parcial de vapor de água. A taxa de

difusão da água se inicia a partir do núcleo da gotícula núcleo para a sua

superfície, sendo em geral, considerada constante e igual para a taxa de

evaporação da superfície. Finalmente, quando o conteúdo de água da gotícula

atinge um valor crítico, uma crosta seca é formada em sua superfície e a

velocidade de secagem diminui rapidamente. A progressão da frente de secagem

torna-se dependente da taxa de difusão da água através desta crosta. A secagem

é teoricamente termina quando a temperatura das partículas torna-se igual à do ar

(Gharsallaoui et al., 2007).

No processo de secagem de produtos ricos em açúcares ocorrem algumas

mudanças ao longo do processo de atomização, que foram descritas por

Bhandari, Data e Howes (1997). No início do processo, as gotículas estão

dispersas individualmente em um grande volume no secador, o que evita que haja

aglomeração, apesar de sua alta umidade. No entanto, devido à presença do alto

teor de açúcares com baixa TG, o produto pode permanecer como um xarope

(quando sua viscosidade está abaixo de um valor crítico de 107 Pa.s), mesmo a

baixas umidades, neste ponto do secador. Devido a isto, ocorre a aglomeração

das partículas ao atingirem a parte inferior da câmara de secagem, o que não

deveria ocorrer.

Dependendo da composição do produto e das condições de secagem, a

superfície das partículas pode permanecer plástica, resultando na aderência às

paredes do secador ou mesmo entre as partículas. Desse modo, o produto obtido

ao final do processo pode ser tanto um xarope quanto um pó pegajoso, ou ainda

um pó com escoamento relativamente livre (Bhandari e Howes, 2000).

12

1.2.1. Microencapsulação

A indústria de alimentos utiliza a técnica de microencapsulação

principalmente para reduzir a reatividade do produto com o meio externo,

diminuindo a evaporação ou a velocidade de transferência do material para o

ambiente. Desse modo, um melhor manuseio do produto é promovido, uma vez

que o mesmo adquire uma forma sólida, com maior uniformidade, facilitando

misturas (Thies, 2001).

A técnica de microencapsulação mais utilizada na indústria de alimentos é a

de secagem por atomização (spray drying), por ser considerada um processo

econômico e flexível, realizado em um equipamento de fácil acesso e resultando

em partículas de boa qualidade (Dziezak, 1988). Este processo pode ser útil para

ingredientes sensíveis ao calor, uma vez que a secagem é muito rápida e o

material de recheio é aquecido a temperaturas muito menores que 100ºC. No

entanto, ainda assim, podem ocorrer perdas de alguns compostos deste material.

A retenção do material do núcleo durante a microencapsulação por

atomização é afetada pela composição, propriedades da emulsão e condições de

secagem. A viscosidade da emulsão e a distribuição do tamanho de partículas na

câmara de secagem têm efeitos significativos sobre a microencapsulação na

secagem por atomização. Altas viscosidades interferem no processo e levam a

formação de gotas alongadas e grandes, que afetam negativamente a taxa de

secagem (Rosenberg, Kopelman, & Talmon, 1990).

1.3. Tipos de encapsulantes utilizados na secagem de polpas de frutas por

atomização

A seleção do agente encapsulante ou carreador de secagem depende das

propriedades físico-químicas do material a ser seco, do processo utilizado para

formar a partícula e das propriedades finais desejadas. Um material de cobertura

13

ideal deve ser insolúvel e não reativo com o material de recheio, ser de fácil

manipulação (apresentar uma baixa viscosidade a altas concentrações), ter

habilidade para dispersar ou emulsificar o material ativo e estabilizar a emulsão

produzida, aprisionar e manter o material ativo dentro da sua estrutura durante o

processamento e estocagem. Além disso, deve liberar completamente o solvente

ou outro material que será usado durante o processo de encapsulação,

proporcionar a máxima proteção ao material ativo contra condições ambientes, ser

solúvel em solventes utilizados na indústria de alimentos, apresentar boa

disponibilidade no mercado e baixo custo (Gharsallaoui et al., 2007; Desai & Park,

2005).

Em vários estudos sobre secagem de polpa de fruta, foram utilizados

diversos polímeros como coadjuvantes de secagem, entre eles podem ser citados:

maltodextrina (com diferentes DE – dextrose equivalente), goma acácia, pectina,

metilcelulose, lactose e outros polímeros derivados do amido.

A composição destes coadjuvantes de secagem é particularmente

importante em produtos em pó, uma vez que valores de TG afetam tanto o

processo como a estabilidade na estocagem dos materiais (Roos, 1995).

Considerando que os açúcares amorfos são geralmente higroscópicos, eles

causam pegajosidade devido à diminuição do valor de TG. Roos e Karel (1991) e

Slade e Levine (1991) relataram que a temperatura do ponto de pegajosidade de

pós alimentícios diminui com o decréscimo da massa molecular e,

consequentemente, do valor de TG. Como as frutas contém uma grande

quantidade de monossacarídeos (frutose), elas exibem uma baixa TG. A

pegajosidade de tais produtos pode ser reduzida e sua estabilidade no

armazenamento aumentado pela adição de componentes com alta TG.

Dentre os coadjuvantes utilizados no processo de atomização, os mais

comuns são a maltodextrina e a goma acácia/arábica, devido a sua composição e

propriedades apresentadas.

A estrutura química das maltodextrinas constitui-se desde cadeias

polissacarídicas complexas do amido a moléculas mais simples como a glucose.

Sendo produtos hidrolisados de amido, consistem de uma mistura de sacarídeos,

14

principalmente D-glicose, maltose e uma série de oligossacarídeos e

polissacarídeos (como oligossacarídeos de maltose, maltotriose e misturas de

maltotetraose) (Howling et al.,1979; Chronakis, 1998). Maltodextrinas são

frequentemente classificadas pelos seus valores de dextrose equivalente (DE),

sendo estes em geral menores que 20. Para DE > 20, os termos xarope ou

dextrina são usados. As maltodextrinas apresentam uma ampla distribuição de

massa molecular entre polissacarídeos e oligossacarídeos e estão disponíveis

comercialmente, principalmente na forma de um pó branco ou de soluções

concentradas. Ao contrário de amidos naturais, as maltodextrinas são solúveis em

água fria.

As maltodextrinas apresentam menor custo em comparação com outros

hidrocolóides comestíveis. De acordo com Reineccius (2001), apesar das

maltodextrinas apresentarem certa deficiência em relação às propriedades

emulsificantes, isso não representa um problema se o material a ser encapsulado

for solúvel em água ou se um emulsificante secundário for utilizado no processo.

Desse modo, são utilizadas principalmente como auxiliares para materiais de difícil

secagem, como suco concentrado de frutas, flavorizantes solúveis em água,

enzimas ou adoçantes de alta potência.

Entre as gomas utilizadas no processo de secagem, está à goma arábica

(ou goma acácia), que é um exsudado da seiva da árvore do gênero Acácia. Seu

pó possui coloração branca, ligeiramente amarelada, é inodoro e insípido.

Quimicamente é um heteropolissacarídeo complexo de estrutura muito ramificada,

cuja cadeia principal é formada por unidades de D-galactopiranose, unidas por

ligações glicosídicas em β-D-(1-3). Cadeias laterais com diferentes estruturas

químicas, formadas de D-galactopiranose, L-ramnose, L-arabinofuranose, e ácido

D-glucurônico estão ligadas a cadeia principal por ligações β (1-6) (Potter &

Hotchkiss, 1995; Bobbio & Bobbio, 1992).

A goma arábica comercial dissolve-se facilmente quando agitada em água.

Ela é a única entre as gomas alimentícias que apresenta alta solubilidade e baixa

viscosidade em solução facilitando a atomização (Rosemberg, Kopelman &

15

Talmon, 1990). A goma arábica é usada na indústria de aromas como agente de

encapsulação e na produção de aromas em pó (Thevenet, 1988).

Além da maltodextrina e da goma arábica e suas misturas, diferentes

materiais são testados como agentes encapsulantes, tanto sozinhos ou como em

conjunto, para que possa se obter um maior rendimento, ou mesmo melhor

retenção das propriedades nutricionais das polpas. Vários trabalhos têm sido

desenvolvidos neste intuito, entre eles podemos citar: Angel et al. (2009), que

estudaram o uso de blends de lactose com maltodextrina no encapsulamento de

polpa de maracujá; Jaya & Das (2004), que estudaram o uso de monoesterato de

glicerol, maltodextrina e fosfato tricálcico na obtenção de manga em pó; Chegini et

al., (2008) que avaliaram a adição de metilcelulose, maltodextrina e glucose

líquida na secagem de suco de laranja; Villacrez, Carriazo & Osorio (2014)

estudaram uma série de compostos e seus blends (maltodextrin DE 20, goma

arábica, amido de milho, amido de mandioca, amidos modificados: Capsul® TA e

Hi-CapTM 100) na secagem de amora silvestre (Rubus glaucus benth) por

atomização; Borrmann et al. (2012) que utilizaram um amido modificado ao qual

foi adicionado um componente lipofílico, o amido modificado n-octenylsuccinato,

tornando a emulsão mais estável (Arburto et al., 1998).

1.3.2. Secagem de polpas com adição de maltodextrina.

A maltodextrina é o coadjuvante de secagem mais utilizado devido a suas

características (solubilidade a frio, baixa viscosidade em alta concentração, alta

TG), é capaz de promover a secagem por atomização e diminuir a pegajosidade

do pó obtido. Na Tabela 1.1 estão descritos vários estudos realizados utilizando a

maltodextrina como coadjuvante de secagem em sucos de frutas. Nestes estudos

houve variação do teor de sólidos presentes nos sucos como também acidez.

Alguns trabalhos especificam o tipo de maltodextrina utilizado e suas DEs, outros

apenas citam que utilizaram o agente encapsulante. Em geral as quantidades

16

utilizadas variaram de 0,25 a 45 partes de maltodextrina adicionada por parte da

polpa ou suco ou pelos sólidos solúveis presentes nestes.

Um dos primeiros trabalhos realizados com secagem de polpa de fruta por

atomização em spray foi realizado por Bhandari, et al. (1993), no qual foi avaliada

a secagem de suco concentrado de três frutas em dois diferentes sprays dryers.

Foi utilizado um spray de bico atomizador rotativo (Niro, modelo Minor Lab) e outro

com injeção de ar comprimido (Leasflash 100, Sté Aoustin). Neste trabalho, foi

avaliada a concentração de maltodextrina e sua proporção com relação aos

sólidos presentes para se obter uma secagem eficiente. Os autores verificaram

que o aumento do teor de sólidos do suco impediu sua secagem efetiva,

ocorrendo aumento da pegajosidade do pó. Uma proporção máxima de suco em

relação ao coadjuvante de secagem foi definida, SC/MD foi: 65/35 para cassis,

60/40 para pêssego e 55/45 para framboesa. Além disso, observou-se que o

modelo do bico atomizador influenciou as condições de secagem. As melhores

condições de secagem para o spray de bico rotativo foram: 133°C, 35% de sólidos

totais, Maltodextrina 12DE. Como foi utilizada uma alta rotação, foram produzidas

partículas de menor tamanho e com isto foi possível à secagem a temperatura

mais branda. Para o spray de bico pneumático as melhores condições de

secagem foram: 180°C, 50% de sólidos totais, maltodextrina 19DE. Apesar de

apresentar mesmo rendimento de recuperação do pó que no bico rotativo, o autor

o considerou mais econômico, pois permitiu a utilização de um tipo mais barato de

maltodextrina e maior concentração de alimentação.

Papadakis, et al., 2006, do mesmo modo, estudou a secagem de suco de

uva concentrado (40%p/p), com adição de maltodextrina. Assim como Bhandari et

al, (2003), houve problemas na secagem devido ao teor de sólidos e a acidez

presente na amostra. Para melhorar a secagem do pó, foi adicionado Ca(OH)2,

para corrigir a acidez e elevar o pH, o que apresentou resultado positivo reduzindo

a pegajosidade do pó e possibilitando a secagem de uma proporção maior de

sólidos (suco concentrado/maltodextrina). Os melhores rendimentos de secagem

foram obtidos na proporção de 33/67 SC/MD, mas foi possível a secagem da

proporção de 67/33 SC/MD a 110°C com a maltodextrina 6DE, obtendo um pó

17

com maior teor de sólidos da fruta. No entanto os pós obtidos apresentaram sabor

e odor desagradáveis.

Outros trabalhos também estudaram a secagem de sucos concentrados,

como foi o caso de Zareifard, et al. (2012) e Goula & Adamopoulos (2009). A

quantidade de maltodextrina foi adicionada de acordo com a porcentagem de

sólidos presentes na polpa. Zareifard, et al., 2010, observaram que a umidade e o

tamanho das partículas dos pós variaram com a concentração de maltodextrina

utilizada. Goula & Adamopoulos (2009) utilizaram uma baixa vazão, resfriamento

do bico pneumático e desumidificador de ar para avaliar a obtenção de um pó com

menor concentração de maltodextrina e maior teor de sólidos da laranja. Os

autores observaram que o teor de humidade e a higroscopicidade dos pós

diminuiram com um aumento da temperatura do ar de entrada e da concentração

de maltodextrina, quando esta possuia uma menor dextrose equivalente.

Patil et al. (2014) descreveram a retenção de vitamina C nas amostras de

suco de goiaba em pó produzidas pela secagem com adição de maltodextrina. No

estudo foi utilizada a metodologia de superfície de resposta para otimizar o

processo de secagem de goiaba por spray dryer. A concentração de maltodextrina

influenciou a solubilidade e a dispersabilidade do pó. As condições ótimas de

secagem foram 185°C e 7% de maltodextrina. O pó obtido que não apresentou

pegajosidade ou aglomeração e alta concentração de vitamina C.

Na Tabela 1.1 estão citadas algumas das características que são

importantes para avaliar a qualidade e tipo do pó obtido. No entanto, a maioria dos

trabalhos estudados não avaliaram estas características como se pode observar

pelos espaços em branco. A higroscopicidade é uma variável de grande

importância para a estabilidade do pó, e nos trabalhos observados, apenas Tonon

et al (2009) e Goula & Adamopoulos (2009) apresentaram resultados, os outros

apenas citaram a importância e descreveram a menor ou maior higroscopicidade

visualmente. Em alguns trabalhos foram avaliadas outras características como a

cor ou o aspecto sensorial do produto, que são variáveis importantes para o visual

do produto.

18

Estes trabalhos mostraram que a maltodextrina é um coadjuvante de

secagem que permite a obtenção de um pó estável, sendo que o aumento de sua

concentração contribui para a redução da higroscopicidade e maior retenção dos

nutrientes. O que foi observado no estudo realizado por Tonon et al. (2009), onde

foi avaliada a influência da variação da temperatura na secagem da polpa de açaí

com um determinada concentração de maltodextrina e o uso de diferentes

concentrações em uma única temperatura. Nos resultados obtidos foi observado

que o aumento da concentração de maltodextrina levou a redução da

higroscopicidade e a retenção de um maior teor de antocianinas, o que refletiu na

coloração do pó obtido. Foi observado pelo perfil morfológico das partículas, que

estas apresentaram formato esférico e superfície rugosa. No entanto as que foram

produzidas em maior temperatura apresentaram superfície mais lisa.

As diferenças na morfologia dos pós obtidos nas condições de secagem

são devidas às diferenças na taxa de secagem e ao agente encapsulante

utilizado, que são responsáveis pelo comportamento e características das cascas

formadas nas partículas. A taxa de secagem pode influenciar tornando-as mais

plásticas, no caso das partículas produzidas sob temperaturas baixas e médias,

ou mais rígidas, no caso das partículas produzidas sob temperaturas mais altas.

Nos estudos realizados, as vazões de alimentação foram adaptadas de

acordo com cada spray dryer para se obter o suco em pó. Foi observado que

vazões muito altas levam a um tempo de retenção muito curto na câmara de

secagem, o que acarreta a retenção de umidade nas partículas e com isto sua alta

pegajosidade, que leva a um baixo rendimento devido a sua aderência na câmara

de secagem, independente da concentração de maltodextrina utilizada.

19

Tabela 1.1 – Estudos de secagem em polpa/suco de frutas realizados com adição de maltodextrina Características do pó

Fruta Maltodextrina

DE Parâmetros Spray Dryer Quant. Encap.

T1

(°C) T2

(°C) U.

(%) RN (%)

Dap (g/cm

3)

Higro. (%)

TP (µm)

Referência

Suco concentrado de cassis, pêssego

e framboesa

6,12 e 19.

Atomizador Niro: bico de100mm, 35000 rpm;

Leasflash 100: pressão

1,3 bar.

Niro: SC/MD (p/p) -min : 40/60, Max:

55/45 Leaflash: SC/MD (p/p)- min:35/65,

Max:65/35

160 a 250

130 a 200

90 a 110 75 a 100

< 5 -

a: 0,53 a 0,74

b: 0,47 a 0,58

- a: 2 a 20 b: 5 a 25

Bhandari, et al., 1993

Purê e suco clarificado de

Goiaba

Maltrin®100Maltrin®500 e Maltrin®580

APV Anhydro A/S. Bico atomizador Bosch 1210

50/45 SCLC/ Maltrin®100, 50/45 SCLC/

Maltrin®500 e SCL +8,3% Maltrin®580

+ 1,6% Maltrin®100+0,43%

Maltrin®500

160 80 2,24

Perda de 19,1 a 21 (Vit

C)

- - - Chopda &

Barret., 2001

Suco de Uva 6, 12 e 21 Lab-Plant modelo SD-04, bico de 0,5mm, fluxo de ar

de 0,39m3/min

SC/MD= 33/67 a 67/33 teor de sólidos (p/p)

110 a 200

77 a 115

0,6 a 2,6

- 0,64 a 0,67

- - Papadakis, et al. 2006

Polpa de Açaí 10 Lab Plant, bico de 1,5 mm, pressão 0,6bar e fluxo de

ar de 73m3/h

a: 20%

b:10, 20 e 30%

a:140, 170 e 200

b:170

a: 83, 97 e 112

b:96 a

99

a: 2,56;

1,45 e 0,66 b:

1,78; 1,45 e 1,68

a:84,62; 81,09 e 77,21.

b:83,13; 82,42 e 84,06 (Ant.)

-

a:15,54; 15,15 e 15,79.

b: 17,56; 15,15 e 14,15

a:13,38; 16,12 e 20,11.

b: 13,27; 16,12 e 21,35

Tonon et al., 2009

Suco concentrado de

laranja 6, 12 e 21

Mini spray Buchi, modelo B191, bico de 0,5 mm. Fluxo de ar:22,8 m

3/h.

Pressão 5,0 bar. Pressão do ar comprimido 800l/h.

Proporção sólidos do suco/MD: 4, 2, 1

e 0,25.

110, 120, 130 e 140

- 1,9 a 7,0

- 0,14 a 0,41

24,8 a 34,0

- Goula &

Adamopoulos, 2010

Suco de Limão -

Mini spray Buchi, modelo 190, bico de 0,5 mm.

Fluxo de ar 47,1; 53,5 e 57,8 m

3/h. 5 bar.

40, 50 e 60% dos sólidos totais do

suco

140, 155 e 170

79,3 a 92,0

2,13 a 4,80

- 0,41 a 0,69

- - Zareifard et

al., 2012

Polpa de Goiaba

- - 7 a 12% 170 a 185

- 2,15 a 3,87

834,85 a 969,17

(mg/100g)

(Vit C)

- - - Patil et al.,

2014

(*)T1- Temperatura de entrada, T2 – temperatura de saída; U- Umidade; RN – Retenção de Nutrientes; Dap – Densidade Aparente; Higro – higroscopicidade; TP- Tamanho das

partículas em diâmetro médio; MD – maltodextrina; DE – Dextrose Equivalente; SC – Suco Concentrado; SCLC- suco concentrado clarificado; Ant.- Antocianinas; VitC – Vitamina C.

20

No estudo realizado por Zareifard et al. (2012) embora não tenha sido

medido a TG, o pó obtido apresentou uma TG menor do que da maltodextrina

devido aos açúcares e ácidos presentes no suco de limão. Na secagem de suco

concentrado de laranja com maltodextrina, Goula & Adamopoulos (2009) reportou

que o valor de TG do pó do suco de laranja: maltodextrina 6DE (50:50) medido foi

igual a 66,4°C, e com o aumento do nível de maltodextrina de 50 para 60 partes,

resultou em um valor de TG de 86,4°C. O resultado demonstra que a adição da

maltodextrina é importante para se obter o suco de frutas em pó com maior TG,

portanto mais estável.

1.3.3. Secagem de polpas com adição de maltodextrina e outros

coadjuvantes.

Vários estudos analisaram a substituição parcial da maltodextrina por outros

tipos de agentes encapsulantes que pudessem melhorar a obtenção do suco em

pó, além de agregar algum caráter funcional ou de algum modo melhorar as

características do pó obtido. Alguns destes trabalhos, onde foram testados

diferentes materiais estão descritos na Tabela 1.2.

Cano-chauca, et al. (2005) estudaram a substituição parcial da

maltodextrina por amido ceroso e goma arábica adicionada de celulose

microcristalina em diferentes proporções na secagem de suco de manga com 12%

de sólidos totais. Foram realizadas análises da microestrutura, rigidez,

higroscopicidade e solubilidade sobre o pó obtido. Observou-se que houve

redução da pegajosidade com a adição da celulose para todos os agentes

encapsulantes estudados, e sua concentração, que variou de 0 a 9% alterou a

microestrutura das partículas. De 0% a 3% de celulose, verificou-se que as

partículas eram maiores, amorfas e aglomeradas, com o aumento da

concentração, as partículas tendem a tornar-se mais esféricas e espalhadas. No

que diz respeito à microestrutura do pó obtido pela atomização utilizando como

goma arábica e celulose, verificou-se que as partículas obtidas mostraram maior

21

grau de uniformidade e uma melhor distribuição das partículas (superfícies lisas e

intactas).

A celulose diminuiu a solubilidade dos pós, sendo mais pronunciada nos

tratamentos de amido. No tratamento de amido ceroso, verificou-se que os valores

de solubilidade eram de 31% e cairam para 9% com a adição de celulose. Isto

pode ser devido a dois fatores: os amidos apresentam baixa solubilidade em água

fria (cerca de 35 a 40%) e a presença de superfícies cristalinas no material, que

podem conferir-lhe uma maior organização das partículas (estado cristalino).

Roustapour et al. (2009) e Angel et al. (2009), visaram avaliar a substituição

da maltodextrina por um óxido e um açúcar respectivamente, de modo a melhorar

o pó obtido pelo processo de atomização. No caso de Roustapour et al. (2009),

estudaram o desempenho da secagem do suco de limão adicionado de dióxido de

silício e maltodextrina em spray dryer de bico rotativo. A melhor concentração a

ser utilizada para a secagem foi de 10% dióxido de silício e 20% maltodextrina.

Neste trabalho os autores avaliaram apenas se era possível a obtenção do suco

de limão em pó no equipamento, não sendo avaliada nenhuma característica do

pó obtido, apenas foi descrito que este apresentou cor amarela e aroma

característico da fruta.

No trabalho realizado por Angel et al. (2009), foi avaliada a adição de

lactose e maltodextrina na secagem de polpa de maracujá por spray drying,

utilizando um planejamento experimental. O pó obtido foi analisado com relação à

umidade, higroscopicidade e retenção de vitamina C. Foi observado que a

combinação destes componentes funcionou bem como agentes carreadores,

diminuindo a pegajosidade na câmara de secagem. Entretanto o uso de lactose

contribuiu para o aumento da higroscopicidade. Neste trabalho foram

determinadas as condições ideais de secagem para cada variável, assim para a

umidade e higroscopicidade, a melhor temperatura de secagem foi 188-190°C e a

quantidade de lactose-maltodextrina foi de 12:5% (p/v); para a retenção de

vitamina C, a temperatura foi de 180°C, 0,2 MPa e 10:5% (p/v).

22

Tabela 1.2 – Estudos de secagem em polpa/suco de frutas realizados com adição de maltodextrina e outros coadjuvantes

Características do pó

Fruta Ag. Encap. Parâmetros Spray Dryer Quant. Encap. T1

(°C) T2

(°C) U.

(%) RN (%)

Dap (g/cm

3)

Higro. (%)

TP (µm)

Referência

Suco de manga MD20DE, GA, Amido ceroso,

celulose microcristalina

Mini Spray Buchi modelo B191. Bico de 1,0mm. Fluxo de ar de

0,7 m3/min

12% p/p; Celulose micro cristalina: 0, 3 ,

6 e 9% (p/p)

160 70 e 75

- - - - - Cano-chauca, et al. , 2005

Suco de Limão Dióxido de silício e MD

05DE

Spray dryer rotativo, bico de 100mm e 500 rev/min. Fluxo de

ar de 317kg/h

10% de dióxido de silício e 10, 20 e 30% MD

135 e 160

59 e 63

- - - - - Roustapour et al., 2006

Suco de Maracujá

Lactose e MD com 10DE

Pulvis GB modelo 22, pressão de 0,10 a 0,20MPa e fluxo de ar

de 0,43m3/min

Lactose/MD: 8:5, 10:5 e 12:5% p/v

180, 185 e 190

- 2,37 a 9,40

39,73 a 56,89 (Vit

C)

- 17,39 a

35,38

- Angel et al., 2009

Suco de caju MD e Goma do cajueiro


3,75.104L/h

GC: 0, 14,6, 50, 85,4 e 100%

MD: 100, 85,4, 50, 14,6 e 0%

185 90 - 66,19 a 95,46

- 37,21 a

45,86

- De-Oliveira et al., 2009

Polpa de açaí MD 10DE e 20DE, GA

LabPlant SD-05,bico com 1,5 mm. Fluxo de ar de 73 m

3/h.

pressão0,06MPa.

6% p/p 140, 170 e 200

82, 97 e 112

0,51 a 2,23

- 236,78 a 343,70

0,66 a 2,80

9,28 a 13,98

Tonon et al., 2010

Extrato de Camu-camu

MD e GA spray Dryer Buchi, bico com 1,5 mm,pressão 8,3 bar, volume de

ar comprimido700l/h

15% p/p 180 85 3,2 e 2,8

11,25 mg/100g e

15,36 mg/100g (Vit C)

- - 1,68 e 2,30

Silva et al., 2013

Suco de amora preta

MD 20DE, GA, e

MD20DE/GA (1:1 p/p)


0,36 m3/h

7%MD, 7%Ga e 3,5%MD+3,5%

GA

145 75 a 80

1,74 a 3,32

78,24 a 85,02 (Ant.)

0,409 a 0,443

- 10,98 a

48,89

Ferrari et al., 2012

Extrato de Amora

selvagem (Rubus glaucus

benth)

MD 20DE, GA, AM,AMA, capsul®TA,

Hi-CapTM

100 , MD20DE/GA

(1:1p/p), MD20DE/AM

(1:1 p/p) e MD20DE/AMA

(1:1p/p)

LabPlant SD-06. Bicos de a-1mm

b- 2 mm. Fluxo de ar 100m

3/h e 4 bar.

Ext. aq : agente encap.(1:1 p/p)

120 70 a :4,22 a 12,56 b:3,43 a 8,55

a:0,144 a 0,594 (mg/g)

b:0,103 a

0,594 (mg/g) (Ant.)

- - 3 a 15 Villacrez et al., 2014

(*)T1- Temperatura de entrada, T2 – temperatura de saída; U- Umidade; RN – Retenção de Nutrientes; Dap – Densidade Aparente; Higro – higroscopicidade; TP- Tamanho das

partículas em diâmetro médio; MD – maltodextrina; DE – Dextrose Equivalente; SC – Suco Concentrado; SCLC- suco concentrado clarificado; GA-Goma arábica, GC-Goma Cajueiro;

AM- Amido de Milho, AMA-Amido de Mandioca; Ant.- Antocianinas; VitC – Vitamina C.

23

Oliveira et al. (2009), estudou a substituição da maltodextrina pela goma de

cajueiro na secagem de suco de caju por atomização. Nos resultados obtidos foi

observado que o aumento da concentração da goma adicionada resultou na

melhoria das propriedades físicas do pó (redução da higroscopicidade e aumento

da fluidez), bem como o aumento da retenção de ácido ascórbico durante o

processo de secagem. A goma do cajueiro se apresentou como bom agente

auxiliar de secagem. O uso dos coadjuvantes de secagem no suco de caju na

proporção em peso seco de 5:1, substituindo a maltodextrina pela goma, 90% do

ácido ascórbico foi mantido durante a secagem, e o pó obtido apresentou boas

propriedades de fluidez e solubilidade.

Tonon et al. (2010), compararam a secagem da polpa de açaí com a adição

de goma arábica em substituição a maltodextrina. Com relação aos resultados

obtidos, os pós com maltodextrina 10DE apresentaram um maior teor de umidade,

higroscopicidade, além de maior tamanho das partículas em relação aos pós

produzidos com a goma arábica. O uso de temperaturas mais altas ocasionou a

produção de partículas de maior tamanho, independente do agente encapsulante

utilizado. O pó produzido com a goma arábica apresentou menor densidade

aparente, mas maior higroscopicidade que a amostra com adição de maltodextrina

20DE.

Ferrari et al. (2012) também estudaram o uso de maltodextrina (7%), goma

arábica (7%) e sua mistura (3,5% maltodextrina: 3,5% goma arábica) no

encapsulamento de amora preta por atomização. As variáveis de resposta

estudadas foram: umidade, retenção de antocianinas, densidade aparente e

distribuição de tamanho de partículas. As umidades das amostras variaram entre

1,74% e 3,32%, sendo que as amostras adicionadas apenas de maltodextrina

apresentaram umidade significativamente menor que as adicionadas apenas com

goma arábica. A retenção de antocianinas também foi maior nas amostras secas

apenas com maltodextrina. A combinação dos agentes encapsulantes contribuiu

para o aumento da densidade aparente, em relação à aplicação das substâncias

utilizadas separadamente. O mesmo foi observado para a distribuição do tamanho

das partículas que foi bimodal. Pelos resultados obtidos, a maltodextrina

24

preservou melhor as características da amora preta no processo de atomização

por spray drying.

No trabalho realizado por Silva et al. (2012), a goma arábica e a

maltodextrina foram testadas como agentes de secagem para microencapsulação

de camu-camu por spray drying. Ao contrário dos resultados obtidos em Ferrari et

al. (2012), a goma arábica foi mais efetiva que a maltodextrina na preservação dos

compostos bioativos da fruta. Além disto, a goma arábica apresentou afinidade

mais alta com a água, ou seja, maior solubilidade que a amostra de pó obtida pela

adição de maltodextrina. O estudo de isotermas de adsorção também indicou

maior absorção de umidade, indicando maior higroscopicidade da amostra com

goma arábica. Não foi observada a perda significativa dos compostos bioativos no

processo de secagem utilizando os dois agentes encapsulantes.

Ainda na busca por novos agentes carreadores de secagem, Villacrez et al.,

(2014), estudaram a adição de diferentes amidos em extrato aquoso de amora

selvagem. A concentração de sólidos final para secagem variou de 20 a 25°Brix. A

secagem foi realizada com 2 diferentes tamanhos de bico para cada um dos

agentes encapsulantes utilizados e suas combinações. O pó obtido com o bico de

2 mm apresentou menor umidade e maior velocidade de secagem do que o bico

com 1 mm. As maiores umidade e atividades de água observadas foram obtidas

com o amido de mandioca e sua combinação com maltodextrina. A maior

quantidade de antocianinas foi observada nas amostras secas com Capsul®TA,

Hi-CapTM100 e maltodextrina 20DE/amido de mandioca (1:1 p/p), o que foi

refletido na análise colorimétrica. Os menores tamanhos de partículas foram

observados nos pós com Hi-CapTM100, maltodextrina 20DE e Capsul®TA, com

variação de 3 a 6µm. Os maiores foram observados com o amido de mandioca (7

a15 µm). As amostras dos pós obtidos foram submetidas à análise sensorial, onde

se avaliou o odor e sabor. Não houve diferença significativa entre as amostras

com relação ao odor, mas houve diferença com relação ao sabor em todas as

amostras, com relação à acidez e a doçura. As amostras obtidas com Capsul®TA

apresentaram um off-flavours de plástico e as com amido de mandioca

apresentaram adstringência e amargor. Assim apenas as amostras produzidas

25

com Hi-CapTM100 e maltodextrina 20DE forma selecionadas para estocagem e

estabilidade, sendo considerado um material promissor a ser utilizado na indústria

de alimentos.

Nos trabalhos citados na Tabela 1.1, alguns descreveram as melhores

condições de secagem e concentrações de maltodextrina e sua DE na obtenção

das frutas em pó (Bhandari et al., 1993; Chopda & Barret, 2001; Papadakis et al.,

2001; Tonon et al., 2009), em outros como Zareifard et al. (2012), apenas cita a

melhor concentração de maltodextrina a ser utilizada.

Nos trabalhos citados na Tabela 1.2, descrevem principalmente o

comportamento das partículas com relação à adição dos diferentes agentes

encapsulantes em comparação a maltodextrina, não indicando a melhor

concentração a ser utilizada, apenas os efeitos de sua adição. Nesta tabela as

principais características dos pós estudadas foram a retenção de compostos

bioativos e a higroscopicidade, na maioria dos trabalhos.

1.4. Conclusões

A secagem de polpas por spray dryer é uma tecnologia relativamente nova,

poucos trabalhos foram encontrados sobre o tema que mostram as características

dos pós obtidos. Como a obtenção de cada pó depende do equipamento utilizado,

do teor de sólidos presentes na polpa/suco da fruta, da quantidade de ácido

presente, do tipo de encapsulante utilizado e sua quantidade, torna-se difícil

estabelecer um padrão para a secagem e encapsulamento de determinada fruta.

A maioria dos trabalhos utiliza planejamentos ou delineamentos estatísticos

para indicar as melhores condições de secagem para a obtenção de determinada

fruta em pó. No entanto, estes trabalhos apenas descrevem a melhor condição de

secagem para determinadas variáveis ou a melhor condição para cada variável,

tornando difícil definir realmente qual a melhor condição para a secagem da fruta e

dificultando a comparação entre os trabalhos realizados.

26

A maltodextrina é o coadjuvante de secagem mais utilizado em polpa de

frutas devido as suas propriedades, como uma elevada TG, baixa

higroscopicidade, dissolução em baixa temperatura e sua capacidade de manter a

viscosidade da solução baixa, mesmo em altas concentrações, encapsular

compostos ativos, além de não interferir sensorialmente no sabor do pó da fruta.

A secagem de polpas de frutas é uma tecnologia bastante promissora, pois

os estudos mostram que mantém as propriedades da fruta e, assim, deve ser

explorada sua aplicação industrial. Também é de interesse o estudo de

substituintes para a maltodextrina, como amidos e gomas de diferentes origens,

até mesmo outros compostos, que possam melhorar o pó obtido com a redução

de sua higroscopicidade, maior retenção de compostos bioativos e vitaminas,

aumento da solubilidade e agregação de valor nutricional e funcional ao pó.

1.5. Referências Bibliográficas

ANGEL, R. C. M., ESPINOSA-MUNOZ, L. C., AVILES-AVILES, C., GONZALEZ-

GARCIA, R., MOSCOSA-SANTILLAN, M., GRAJALES-LAGUNES, A., ABUD-

ARCHILA, M. (2009). Spray-drying of passion fruit juice using lactose-maltodextrin

blends as the support material. Brazilian Archives of Biology and Technology.

An International Journal. 52(4), p. 1011-1018.

ARBURTO, L.C., TAVARES, D.Q., MARTUCCI, E.T., (1998). Microencapsulação

de óleo essencial de laranja. Ciência e Tecnologia de Alimentos. 18, 45–48.

BHANDARI, B.R., SENOUSSI, A., DUMOULIN, E.D., LEBERT, A. (1993). Spray

drying of concentrated fruit juices. Drying Technology, 11(5), p. 1081-1092.

BHANDARI, B.R.; DATTA, N.; HOWES, T. (1997). Problems associated with spray

drying of sugar-rich foods. Drying Technology, 15, 671–685.

27

BHANDARI, B.R.; HOWES, T. (2000) Drying of sticky materials – Relevance to

glass transition temperature. In: INTERNATIONAL FOOD DEHYDRATION

CONFERENCE – 2000 AND BEYOND, Food Science Australia, Melbourne,

Australia, Proceedings, p.8.2- 8.12.

BHANDARI, B.; HOWES, T.(2005). Relating the stickiness property of foods

undergoing drying and dried products to their surface energetics. Drying

Technology. 23, 781–797.

BOBBIO, F. O; BOBBIO, P. A. (1992). Introdução a Química de Alimentos. São

Paulo: Varela, 223 p.

BORRMANN, D., PIERUCCI, A. P. T. R., LEITE, S. G. F., LEÃO, M. H. M. R.

(2012). Microencapsulation of passion fruit (Passiflora) juice with n-

octenylsuccinate-derivatised starch using spray-drying. Food and Bioproducts

Processing.

CANO-CHAUCA, M., STRINGHETA, P.C., RAMOS, A.M. & CAL-VIDAL, J. (2005).

Effect of the carriers on the microstructure of mango powder spray drying and its

functional characterization. Innovative Food Science & Emerging Technologies,

6, 420–428.

CHEGINI, G.R.; GHOBADIAN, B. (2005) Effect of spray-drying conditions on

physical properties of orange juice powder. Drying Technology, 23(3), 657–668.

CHOPDA, C. A. & BARRETT, D. M..(2001). OPTIMIZATION OF GUAVA JUICE

AND POWDER PRODUCTION. Journal of Food Processing Preservation. 25.

411-430.

28

CHRONAKIS, I.S. (1998). On the molecular characteristics, compositional

properties, and structural-functional mechanisms of maltodextrins: A Review.

Critical Reviews in Food Science, v. 38, n. 7, p. 599-637.

DE-OLIVEIRA, M. A., MAIA, G. A., DE-FIGUEIREDO, R. W, SOUZA, A. C. R.,

BRITO, E. S. & AZEREDO, H. M. C.. (2009). Addition of cashew tree gum to

maltodextrin-based carriers for spray drying of cashew apple juice. International

Journal of Food Science and Technology. 44, 641–645

DESAI, K.G.H.; PARK, H.J. (2005). Recent developments in microencapsulation of

food ingredients. Drying Technology, v.23, n.7, p.1361-1394.

DZIEZAK, J.D. (1988). Microencapsulation and encapsulated ingredients. Food

Technology, v.42, n.4, p.136-148.

FERRARI, C.C.; GERMER, S.P.M.; ALVIM, I.D.; VISSOTT O, F.Z.; AGUIRRE,

J.M. (2012). Influence of carrier agents on the physicochemical properties of

blackberry powder produced by spray drying. International Journal of Food

Science & Technology., v.47, n.6, p.1237-1245.

FLEMING, R. S. (1921). The spray process of drying. The Journal of Industrial

and Engineering Chemistry, 13, 447–449.

GHARSALLAOUI, A.; ROUDAUT, G.; CHAMBIN, O.; VOILLEY, A.; SAUREL, R.

(2007). Applications of spray drying in microencapsulation of food ingredients: An

overview. Food Research International, v.40, n.9, p.1107-1121.

GOULA, A.M; ADAMOPOULOS, K.G.; KAZAKIS, N.A. (2004). Influence of spray

drying conditions on tomato powder properties. Drying Technology, v.22, n.5,

p.1129-1151,.

29

GOULA, A. M. & ADAMOPOULOS, K. G.. (2009). A new technique for spray

drying orange juice concentrate. Innovative Food Science and Emerging

Technologies,11. p. 342–351

HOWLING, D.; BIRCH, G.G.; PALMER, K.J. (1979). Sugar Science and

Technology. Applied Science, London, 263p.

JAYA, S.; DAS, H. Effect of maltodextrin, glycerol monostearate and tricalcium

phosphateon vacuum dried mango powder properties. Journal of Food

Engineering, v. 63, p. 125-134, 2004.

MASTERS, K. (1968). Spray drying: The unit operation today. Industry

Engineering and Engineering Chemistry, 60, 53–63.

MASTERS, K. (1980). Spray drying handbook. New York, John Wiley & Sons

Inc., 1980, 687p.

PAPADAKIS, S. E., GARDELI, C. & TZIA, C. (2006). Spray Drying of raisin

concentrate. Drying Technology. 24, 173-180.

PATIL, V., CHAUHAN, A. K., SINGH, R. P. (2014). Optimization of the spray-

drying process for developing guava powder using response surface methodology.

Power Technology. 253, p. 230-236.

POTTER, N. N.; HOTCHKISS, J.H. (1995) Food Science. 3 ed. New York;

Chapman and Hall, 608p.

ROSEMBERG, M; KOPELMAN, I. J; TALMON, Y. (1990) Factors affecting

retention in spray drying microencapsulation of volatile materials. Journal of

Agricultural and Food Chemistry, v. 38, p. 1288-1294.

30

SILVA, N. K.; CORNEJO, F. E.P.; GOMES, F. S.; PONTES, S. M.; MATTA, V. M.;

FREITAS, S. P.. (2013). Influence of 30hell material on vitamin C content, total

phenolic compounds, sorption isotherms and particle size of spray-dried camu-

camu juice. Fruits, vol. 68, p. 175–183.

SLADE,L. LEVINE,H. (1991). Beyond water activity: recente advances based on

na alternative approach to the assessment of food quality and safety. Critical

Reviews in Food Science and Nutrition, v. 30, n. 2-3, p.115-360.

RÉ, M.I. (1998) Microencapsulation by spray drying. Drying Technology, v.16,

n.6, p.1195- 1236.

REINECCIUS, G.A. (2001) Multiple-core encapsulation: the spray drying of food

ingredients. In: VILSTRUP, P. Microencapsulation of food ingredients. Surrey,

Leatherhead Publishing, p.151-185.

ROOS, Y AND KAREL, M.. Water and Molecular Weight Effects on Glass

Transitions in Amorphous Carbohydrates and Carbohydrate Solutions. J. Food

Sci. pp. 1676-1681, 1991.

ROOS, Y.H. (1995). Glass transition-related physicochemical changes in foods.

Food Technology, 49, 97–102.

ROUSTAPOUR, O.R., HOSSEINALIPOUR, M. & GHOBADIAN, B.. (2006). An

Experimental Investigation of Lime Juice Drying in a Pilot Plant Spray Dryer,

Drying Technology: An International Journal, 24:2, and 181-188.

SLADE, L.; LEVINE, H. (1991).Beyond water activity: recent advances based on

an alternative approach to the assessment of food quality and safety. Critical

Reviews in Food Science and Nutrition, v.30, n.2-3, p. 115-360.

31

THEVENET, F. Acacia Gums: Stabilizers for Flavor Encapsulation. In: RISCH, S.

J.; REINECCIUS, G. A. (Eds) (1988). Flavor encapsulation. American Chemical

Society, Washington, p. 87-102.

THIES, C. (2001). Microencapsulation: what it is and purpose. In: VILSTRUP, P.

Microencapsulation of food ingredients. Surrey, Leatherhead Publishing, p.1-

30.

TONON, R. V., BRABET, C., HUBINGER, M. D..(2009). Influência da temperatura

do ar de secagem e da concentração de agente carreador sobre as propriedades

físico-químicas do suco de açaí em pó. Ciência e Tecnologia de Alimentos.

29(2), p. 444-450.

TONON, R. V., FREITAS, S. S., HUBINGER, M. D..(2010). Spray drying of acai

(Euterpe Oleraceae mart.) juice: effect of inlet air temperature and type of carrier

agent. Journal of Food Processing and Preservation. 35. p. 691-700.

TRUONG. V., BHANDARI, B. R.,& HOMES, T. (2005). Optimization of concurrent

spray drying process of sugar-rich foods. Part 1 – Moisture and glass transition

temperature profile during drying. Journal of Food Engineering, 71(1),55-65.

VILLACREZ, J. L., CARRIAZO, J. G., OSORIO, C..(2014). Microencapsulation of

Andes Berry (Rubus glaucus Benth.) Aqueous Extract by Spray Drying. Food and

Bioprocess Technology, Volume 7, Issue 5, pp 1445-1456.

ZAREIFARD, M.R., NIAKOUSARI, M., SHOKROLLAHI, Z., JAVADIAN, S..(2012).

A Feasibility study on the drying of lime juice: The relationship between the key

operating parameters of a small laboratory spray dryer and product quality. Food

Bioprocess Technol.(5),p. 1896-1906.

http://link.springer.com/journal/11947/7/5/page/1

33

CAPÍTULO 2

PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS E MICROESTRUTURA DA FARINHA DA

CASCA DO MARACUJÁ.

Artigo a ser submetido a revista Brazilian Journal of Food Technology

Carolyne Bitencourt FARIA, Nicolle Bavaresco MARTINEZ, Flavio Luis

SCHMIDT

35

RESUMO

A casca do maracujá é um resíduo industrial praticamente não aproveitado,

apesar de ser rica em fibras solúveis benéficas ao ser humano, que contribuem

para a redução de doenças crônico-degenerativas. Este trabalho teve como

objetivo o estudo das características físico-químicas, tecnológicas e estruturais da

farinha obtida da casca do maracujá amarelo e a partir destes dados avaliar a

possibilidade de sua utilização como fonte de fibras no enriquecimento nutricional

de produtos. Foi estudada sua composição química, observando-se altos

conteúdos de fibras e pectina o que se reflete no alto índice de absorção de água

apresentado. A farinha apresentou baixa densidade aparente e alta porosidade, o

que contribui para sua maior solubilidade em meio líquido. A distribuição do

tamanho das partículas foi unimodal, mostrando sua uniformidade, com tamanho

médio de 136,31 µm. Sua alta temperatura de transição vítrea (TG) contribui para

seu uso em produtos secos ou nos quais haja a necessidade de aumentar sua TG

final. Pelos resultados obtidos, concluiu-se que a farinha da casca de maracujá é

um produto com promissoras características tecnológicas, podendo ser aplicada

em vários produtos alimentícios (pães, biscoitos, bebidas, sucos em pó, laticínios)

como fonte de fibras.

36

ABSTRACT

The peel of passion fruit is an industrial waste is not used, being rich in

soluble fiber beneficial to humans, contributing to the reduction of chronic

degenerative diseases. This work aimed to study the physical and chemical

characteristics, technological and structural flour obtained from the bark of yellow

passion fruit and from these data to evaluate its use as a source of fiber enriched

nutritional products. Was studied its chemical composition, observing high fiber

and pectin content, which is reflected in the high rate of water absorption

displayed. The flour has a low bulk density and high porosity, which contributes to

its greater solubility in the water environment. The particle size distribution was

unimodal, showing a uniform, with an average size of 136,312 µm. Its high glass

transition temperature (TG) contributes to its use in dry or in which there is a need

to increase the TG of final product. The results obtained showed that passion fruit

peel flour is a product with promising technological characteristics, and can be

applied in various food products (bread, biscuits, drinks, powdered drinks, and

dairy products) as a source of fiber.

37

2.1. Introdução

O maracujá azedo ou amarelo (Passiflora edulis f. flavicarpa) é o mais

cultivado e comercializado no Brasil (Marchi, 2000). A sua importância econômica

deve-se a sua polpa, que varia da coloração amarela a laranja, que gera um

mercado rentável com relação à produção de sucos. Sua polpa é rica em

substâncias antioxidantes como o ácido ascórbico (vitamina C) e carotenoides

(vitamina A), além de possuir sabor e aroma agradáveis.

A produção anual de maracujá no Brasil é em torno de 719 mil ton. ano-

1(Embrapa, 2009). Mais da metade da produção mundial dessa fruta é destinada

para a fabricação de suco concentrado, cujo rendimento no processamento é de

aproximadamente 30%. Segundo Córdova et al.(2005) e Gondim et al. (2005), a

casca do maracujá representa 52% da composição mássica da fruta, resíduo que

não pode ser desprezado uma vez que é um material rico em fibras solúveis e

minerais, que no entanto gera um problema de resíduo agroindustrial sendo

aproveitado, na maioria das vezes, apenas na preparação de ração animal.

(Oliveira et al., 2002).

A farinha da casca de maracujá amarelo tem a capacidade de reter água

formando géis viscosos que retardam o esvaziamento gástrico e o trânsito

intestinal (Galisteo et al., 2008). Estudos epidemiológicos mostraram que dietas

ricas em fibra dietética estão associadas com um risco reduzido de diabetes e

doenças cardiovasculares (Liu et al., 2000; Fung et al., 2002; Venn & Mann, 2004)

assim como inversamente relacionadas com a resistência a insulina e com

consequente aumento na sensibilidade desta (Ylonen et al., 2003).

Por causa das vantagens do consumo da fibra alimentar é interessante o

uso da farinha da casca do maracujá no enriquecimento de produtos ou como

ingrediente, pois sua composição de polissacarídeos, lignina, oligossacarídeo,

dentre outras substâncias (Chau & Huang, 2003), conferem diferentes

propriedades funcionais, podendo a fibra ser aproveitada na produção de bebidas,

sobremesas, derivados do leite, biscoitos, massas e pães (Giuntini et al., 2003).

38

Devido às várias vantagens da utilização da casca do maracujá, é

interessante o estudo de suas características tecnológicas e de sua estrutura

microscópica para seu melhor aproveitamento e uso em alimentos.

2.2. Materiais e métodos

2.2.1. Produção da farinha da casca do maracujá

Os maracujás azedos utilizados para a produção da farinha foram

adquiridos no CEASA (Campinas, São Paulo, Brasil). Os frutos apresentavam

cerca de 80% de sua casca com a coloração amarela. O processamento foi

realizado na planta piloto de Frutas e Hortaliças da Faculdade de Engenharia de

Alimento/Unicamp, onde os frutos foram higienizados em água clorada (100mg/l)

por 15 minutos e enxaguados com água da rede de abastecimento municipal. Foi

retirada sua polpa e a casca foi colocada em descascador abrasivo por 2 min para

a retirada de sua superfície. Em seguida, o albedo foi cortado manualmente em

pedaços de aproximadamente 2 cm2 utilizando um cortador de vegetais em aço

inoxidável e submetido ao tratamento térmico de acordo com Matsuura et al.,

(2005), (Fluxograma 2.1), para retirada dos compostos cianogênicos, sendo

depois seca em estufa de circulação forçada de ar Marconi, modelo MA 035, a

80°C por 14 horas, e então triturada em moinho Tecnal, modelo TE-631/2 até 65

mesh. Segundo Matsuura et al., (2005), este tratamento reduz em 90% a presença

destes compostos. Obtida a farinha da casca do maracujá, esta foi armazenada

em potes de polietileno de alta densidade em temperatura ambiente.

39

Maracujá

Lavagem

Descascamento abrasivo, 2 min

Corte dos frutos

Despolpamento Polpa + semente

Albedo

Corte manual~2 cm2

Cozimento, 100°C/15min

Lavagem com água quente (40°C)

Resfriamento

Fluxograma 2.1. Tratamento do albedo de maracujá para a retirada de compostos

cianogênicos.

2.2.2. Caracterização físico - química da Farinha da casca do maracujá.

A farinha da casca de maracujá produzida foi submetida às seguintes

análises físico-químicas: umidade em estufa à vácuo (0413/IV Adolfo Lutz, 1995);

cinzas (A.O.A.C.,n.32.1.05, 2006), fibras totais e solúveis pelo método

gravimétrico enzimático de acordo com o método 991.43 (AOAC, 1995) usando o

kit para determinação de fibras - Sigma Aldrich, proteína total (A.O.A.C., n.

32.1.22, 2006) e pectina (Blumenskrantz & Asboe-Hansen,1973).

40

2.2.3. Determinação das propriedades físicas da Farinha da casca do

maracujá.

2.2.3.1. Tempo de dissolução

O tempo de dissolução da amostra foi determinado de acordo com

Omobuwajo et al. (2000) e Takeiti et al. (2010). Este corresponde ao tempo

necessário para a completa dissolução de 1 g de amostra em 100 mL de água

destilada em um recipiente de 250 mL, sob um nível determinado de agitação a

temperatura de 20°C. A placa de agitação magnética (modelo 753, FISATOM,

Brasil) utilizada foi colocada na posição 5. A análise foi determinada em triplicata.

2.2.3.2. Índice de Absorção de água (IAA) e do índice de Solubilidade em

água (ISA).

O IAA e o ISA foram determinados, em triplicata, conforme metodologia

proposta por Anderson et al. (1969), com modificações. Uma amostra de 2,5 g em

base seca foi mantida em 30 mL de água destilada a 25°C por 30 min, sob

agitação em tubos TECNAL com capacidade de 50 mL.

A suspensão foi centrifugada a 2200g por 10min em centrífuga FANEM®,

Modelo 204 NR, e o sobrenadante evaporado e seco em estufa da

Marca TECNAL®, Modelo TE 394/2, com circulação e renovação de ar a 105°C

por 4 horas. A análise foi realizada em triplicata. Os resultados foram calculados

por meio das seguintes equações:

(Equação 2.1) (Equação 2.2)

100(bs) Ma

Mre ISA x

Mre - Ma

Mrc IAA

41

Onde:

Mre = Massa do resíduo de evaporação (g);

Ma = Massa da amostra (g), em base seca.;

Mrc = Massa do resíduo de centrifugação (g).

2.2.3.3. Densidade absoluta, aparente e porosidade

A densidade absoluta (ρabs) da farinha foi determinada com um picnômetro

de gás automático (AccuPye 1330 AutomaticGasPycnometer, Micromeritics,USA).

As amostras foram previamente secas em estufa a vácuo de 15 pol. Hg a 70 °C

por 48 horas. O material foi pesado, colocado na câmara para realização das 20

purgas e iniciadas as leituras. A precisão adotada para os resultados foi de 0,01%

e o número de corridas igual a 10, parâmetro estabelecido em ensaios

preliminares. Os melhores resultados apresentaram-se na taxa de equilíbrio de 1 x

10-3psi.min–1.

A densidade aparente (ρap) do pó foi obtida por método gravimétrico,

fazendo-se a pesagem da amostra contida em uma proveta cilíndrica de 25 mL,

em ambiente com temperatura de 25°C, sendo pré-estabelecidas as condições da

análise.

A porosidade (ε) da farinha da casca do maracujá foi determinada de

acordo com a equação 2.3.

Equação 2.3

Onde: ρap é a densidade aparente (g/mL) e ρabs é a densidade absoluta

(g/mL) da amostra.

42

2.2.4. Propriedades térmicas da Farinha da casca do maracujá

2.2.4.1. Determinação da Temperatura de transição vítrea (TG)

A farinha da casca do maracujá foi seca em estufa a vácuo a 70°C por 18

horas até peso constante, onde a umidade final foi de 2,71%. As propriedades

térmicas da farinha da casca do maracujá foram determinadas em calorímetro

diferencial de varredura, marca Shimadzu, modelo TA60 (Kyoto, JAP), conforme

manual do equipamento, com modificações. As cápsulas de alumínio contendo 2

mg de amostra em base seca (bs), foram hermeticamente seladas e mantidas à

temperatura ambiente por 1 h antes da leitura. Uma cápsula de alumínio vazia foi

utilizada como referência. A varredura foi realizada entre 30 e 210°C, com taxa de

aquecimento de 10°C/min. Os valores de temperatura inicial de gelatinização

(Ton.), temperatura de pico (Tp), variação de temperatura de gelatinização (ΔT) e

variação da entalpia de gelatinização (ΔH) foram obtidos em triplicata e os

resultados expressos em °C para Ton., Tp e ΔT e J.g-1 para ΔH (DSC, 2003). A

medida foi realizada em triplicata.

2.2.5. Características estruturais da Farinha da casca do maracujá

2.2.5.1. Distribuição do tamanho de partícula

A distribuição granulométrica da farinha foi determinada por Difração à

Laser (marca MALVERN Instruments Ltd; modelo MasterSizer S-MAM 5005, UK).

Foi utilizado como meio de dispersão o isopropanol. A análise dos resultados

obtidos foi realizada pelo software MasterSizer versão 2.18, sendo determinado o

diâmetro D[4,3], isto é, o diâmetro médio do momento volumétrico. As medidas

foram realizadas em triplicata.

43

2.2.5.2. Microscopia eletrônica de varredura

A estrutura da fibra alimentar da farinha foi observada utilizando-se imagens

de Microscopia eletrônica de varredura. A amostra foi colocada diretamente em

fita adesiva de dupla face em um cilindro metálico de 10,0 mm de diâmetro e 1,0

cm de altura. O recobrimento da amostra foi realizado através de um evaporador

Balzer, modelo SCDS 50, que continha uma target de ouro onde se trabalhou com

uma corrente de 40 mA, por 180 s, o que gerou um filme de ouro de

aproximadamente 19 nm de espessura (KIM & MORR, 1996).

A análise foi realizada no microscópio eletrônico de varredura marca JEOL,

modelo JSM-T300, com condições de operação. A aceleração de voltagem

utilizada foi de 10 KV, e o aumento observado variou de 50 até 500 vezes,

seguindo a metodologia descrita por Rosenberg & Young (1993).

2.3. Resultados e Discussão

2.3.1. Caracterização química da Farinha da casca do maracujá.

As características físico-químicas da farinha da casca do maracujá estão

apresentadas na Tabela 2.1.

Tabela 2.1- Caracterização da Farinha da casca do maracujá

Componentes Média (%)±Desvio Padrão

Cinzas 3,02 ±0,08

Proteína 9,13 ±0,64

Umidade 2,70 ±0,13

Acidez média 0,10 ±0,01

Pectina 4,62 ±0,05

Fibras Totais Insolúveis 59,99 ±0,08

Fibras Totais Solúveis 20,01 ±9,55

44

Comparando com resultados de outros autores, nota-se que o valor de

9,13% obtido para proteínas foi próximo do reportado por Lima (2007), de 9,24%.

Em relação à umidade Lima (2007) obteve 6,87%, enquanto, Matsuura (2005)

reportou 3,8%, se assemelhando mais aos valores obtidos no presente estudo. A

maior semelhança em relação aos valores encontrados por Matsuura (2005)

provavelmente se deve ao mesmo método utilizado para a diminuição de

compostos cianogênicos.

Pita (2012) e Lima (2007) registraram em seus estudos, respectivamente

7,54% e 7,37% para o teor de cinzas, enquanto que neste projeto os resultados

obtidos foram de 3,01%. Há de se considerar, no entanto, que o tratamento

aplicado para a retirada dos compostos cianogênicos pode ter alterado esse valor,

pois Matsuura (2005) obteve 7,7% de cinzas em suas amostras não tratadas,

enquanto que nas que sofreram tratamento, obteve 2,8%, se assemelhando aos

resultados obtidos.

O mesmo pode ser explicado no caso da pectina, cujo teor obtido foi de

4,62%, enquanto Lima (2007) registrou uma presença de 10,78% de pectina na

farinha casca do maracujá sem aplicação de tratamentos. Em geral, tratamentos

térmicos severos provocam quebra da membrana celular e liberação de conteúdo

da célula, afetando assim, a estabilidade de polissacarídeos como a pectina

(Pérez & Sanches, 2001).

O valor obtido para fibras insolúveis se mostrou condizente com os

trabalhos de Lousada Junior et al (2006) que obtiveram 56,15%, e de Pita (2012)

que registrou 50,64% de fibras. Estas fibras alimentares são normalmente

formadas pelos polissacarídeos da parede celular das plantas superiores:

celulose, hemicelulose e lignina (Guillon et al., 2000). Matsuura (2005) também

observou que houve concentração do teor de fibras insolúveis, em base seca,

após o tratamento realizado na casca.

45

2.3.2. Características Tecnológicas.

O tempo médio de dissolução da farinha da casca de maracujá foi de 36,5 ±

7,23 segundos. Tempo menor do que registrado por Takeiti et al. (2010) para

maltodextrinas com até 20DE que foi de 58,0s. Esta medida está vinculada ao

grau de porosidade da partícula que, quanto mais porosa, mas facilmente a água

a penetra, aumentando sua solubilidade e capacidade de aumentar a viscosidade

da solução.

O índice de absorção de água (IAA) mede a quantidade de água que

determinada fibra é capaz de absorver quando em excesso deste líquido. Estas

propriedades estão relacionadas com o teor de fibras solúveis presentes no

alimento. A farinha da casca do maracujá apresentou um IAA igual a 9,95± 0,27 g

de água/ g de matéria seca, próximo ao encontrado por Matssuura (2005) que foi

de 8,6 g de água/ g de matéria seca e ao da fibra da polpa da laranja, de 10,9 g de

água/ g de matéria seca (Céspedes, 1999).

O Índice de solubilidade em água (ISA) é um parâmetro que reflete a

degradação sofrida pelos constituintes da fibra, ou seja, o somatório dos efeitos de

gelatinização, dextrinização e, consequentemente, solubilização (Colonna et al.,

1984; Gutkosky, 1997). O ISA para a farinha da casca do maracujá que foi igual a

5,35± 0,36%, sendo este valor menor do que o obtido por Matssuura (2005) de

7,6% para o albedo tratado.

O processo para a obtenção da farinha não degradou a fibra obtida, pois

segundo Guillon e Champ (2000), a solubilidade tem efeito na funcionalidade da

fibra e, principalmente, na estabilidade da viscosidade, o que pode ser observado

devido ao elevado IAA, que promove o intumescimento do meio e aprisionamento

da água, propriedades úteis para o uso em alimentos nos quais se pretende

estabilizar a porção líquida presente.

A solubilidade tem efeito na funcionalidade da fibra e, principalmente, na

estabilidade da viscosidade (Guillon & Champ, 2000). A absorção de água e

aumento da viscosidade, devido à hidratação, também é de interesse funcional,

pois tende a diminuir a velocidade do esvaziamento gástrico (Liddle et al., 1985;

46

Mossner et al., 1992; Hein et al. 1998; Howarth et al., 2001; Malkki, 2001). A

hidratação da fibra ocorre pela adsorção de água à sua superfície ou pela

incorporação ao interstício macromolecular (Schweizer & Wursch, 1991). Na

mucosa intestinal há formação de uma camada gelatinosa, que altera a difusão e

absorção de nutrientes.

2.3.2.1. Densidade absoluta, aparente e porosidade

Os resultados obtidos no estudo das densidades e da porosidade da farinha

da casca do maracujá estão na Tabela 2.2. As partículas da farinha apresentam

alta porosidade, se comparada a maltodextrina que possui uma porosidade média

de 40% (Takeiti et al., 2010). A farinha da casca do maracujá apresentou baixa

densidade aparente, o que demostra que o pó apresenta muitos espaços

intersticiais entre as partículas.

Tabela 2.2 – Resultado do estudo de porosidade da farinha da casca do maracujá.

Densidade aparente (g/mL) Densidade absoluta (g/mL) Porosidade (ε) %

0,373 ± 0,014 1,522 ± 0,001 77,130± 0,016

A porosidade das fibras alimentares influencia na solubilidade, viscosidade,

gelificação e capacidade de incorporar substâncias (Magnoni, 2001). Ela influência

a velocidade em que os líquidos, principalmente a água é absorvida pelas

partículas.

A porosidade tem grande efeito nas propriedades mecânicas do material,

tais como a resistência à tensão, dureza e deformação; nas propriedades físico-

químicas, influência na característica de dissolução e na capacidade de retenção

de água; nas propriedades de transporte, atua na condutividade térmica, difusão

de aromas e em componentes de baixa massa molecular (Santana, 2005).

47

2.3.2.2. Temperatura de Transição Vítrea

A temperatura de transição vítrea foi medida por meio da análise de DSC, a

qual avalia a temperatura na qual a amostra sai de um estado amorfo de equilíbrio

para um estado borrachento ou gomoso.

Transição vítrea é a transição de fase de segunda ordem que ocorre ao

longo de uma gama de temperaturas, embora uma única temperatura seja muitas

vezes referida. A transição vítrea promove um aumento da mobilidade molecular e

do volume livre, podendo resultar em mudanças físicas e físico-químicas

significativas. A Figura 2.1 apresenta o termograma o comportamento da farinha

da casca de maracujá, ao longo da faixa de temperatura de 0 a 200°C por DSC.

Figura 2.1. Termograma obtido para a amostra de farinha da casca de

maracujá.

Pela análise foi possível perceber que a Farinha da casca do maracujá

apresentou um intervalo de TG, onset: 165,23°C a endset: 168,20°C, e pico

ocorreu a 165,72°C. Este resultado é esperado devido ao alto teor de fibras, tanto

insolúveis quanto solúveis. A TG é bastante influenciada pelo peso molecular dos

50.00 100.00 150.00 200.00

Temp [C]

-10.00

-5.00

0.00

mW

DSC

165.23x100COnset

168.20x100CEndset

165.72x100CPeak

-113.24x100J/gHeat

48

componentes presentes, principalmente com a presença de carboidratos de baixo

peso molecular, que possuem maior efeito e influência na TG de alimentos secos.

Para produtos em pó, a temperatura de transição vítrea é considerada

como um parâmetro crítico, desde o colapso, viscosidade, endurecimento,

problemas de aglomeração e fenômenos de recristalização podem ser evitados no

estado vítreo da matriz amorfa (Roos, 1995; Fang & Bhandari, 2011).

O resultado apresentado pela farinha é muito interessante para processos

nos quais há a necessidade de altas TG para manter o produto estável, como no

caso de biscoitos, como também auxiliar em processos de secagem de polpas de

frutas ou encapsulamentos por spray dryer ou liofilização.

2.3.2.3. Distribuição de tamanho de partículas

A distribuição do tamanho de partículas é importante em vários aspectos,

podendo influenciar o sabor, cor e textura do produto (O’Hagan et al., 2005). O

tamanho das partículas também pode influenciar no escoamento dos pós, sua

capacidade de reidratação, solubilidade e dispersibilidade, bem como a mistura de

componentes, a compactação e a segregação de uma mistura, na qual as

partículas menores permanecem distribuídas na parte inferior e as partículas

maiores na parte superior. A Figura 2.2 apresenta a distribuição do tamanho de

partículas da farinha da casca do maracujá.

49

Figura 2.2. Distribuição de tamanho da partícula da farinha da casca do

maracujá

A distribuição do tamanho das partículas da farinha da casca foi unimodal, o

que mostra que o processo de produção utilizado permite a obtenção de partículas

homogêneas. O diâmetro médio [4,3] foi de 136,132 µm, sendo maior do que

encontrado para a maltodextrinas comerciais até 20 DE (Dextrose equivalente) de

acordo com Takeiti et al (2010), no qual o maior diâmetro médio [4,3] encontrado

foi de 111,3 µm.

2.3.2.4. Microscopia de Varredura

A microestrutura de micropartículas está associada a propriedades como

funcionalidade, estabilidade e escoabilidade (Shahidi & Han, 1993). Esta análise é

importante, pois mostra a superfície da partícula, permitindo compreender seu

possível comportamento.

De acordo com a Figura 2.3 (a,b), a farinha se mostra bem particulada, com

partículas grandes e pequenas, o que pode contribuir para sua compactação, pois

as partículas menores tendem a preencher os espaços deixados pelas maiores.

0

1

2

3

4

5

6

7

0,001 0,1 10 1000

Vo

lum

e (

%)

Tamanho de partícula (um)

50

Também foi observada a presença de poros em sua estrutura, o que contribui para

uma menor densidade aparente e maior índice de absorção de água.

(a) (b)

Figura 2.3. Imagens da microestrutura da Farinha da casca do maracujá, (a)

Aumento de 85 vezes e (b)Aumento de 450 vezes

O método de secagem empregado para a obtenção da farinha da casca, de

acordo com Santana & Gaspareto (2009), pode causar um encolhimento da fibra,

que reflete na densidade do pó, no volume e na distribuição dos poros nas

partículas do albedo, em comparação a outros métodos empregados em secagem

como a liofilização.

Devido ao método utilizado para moagem das partículas, estas

apresentaram estrutura física irregular em formato de lascas. Pela imagem é

possível observar que as partículas maiores apresentam superfície porosa, o que

pode ser confirmado pelo resultado da porosidade apresentado na Tabela 2.2.

100µ 10µ

51

2.4. Conclusões

O método de tratamento do albedo do maracujá utilizado, de acordo com

Matssuura (2005), para a retirada dos compostos cianogênicos, acarretou a

redução de compostos solúveis (açúcares, fibras solúveis, sais minerais)

presentes e contribuiu para a redução da densidade aparente e aumento da

porosidade das partículas.

A farinha da casca do maracujá apresentou características tecnológicas

interessantes, como uma alta TG e alto índice de absorção de água, mostrando

ser uma ótima fonte de fibras para uso como ingrediente em diferentes alimentos,

tanto secos como biscoitos ou mesmo produtos cárneos, nos quais é importante a

manutenção da estabilidade do produto.

A alta absorção de água apresentada, o baixo tempo de dissolução, a alta

TG, juntamente com a distribuição uniforme das partículas apresentada, nos

mostra que a farinha de maracujá possui características requeridas para

substâncias utilizadas como coadjuvantes de secagem podendo ser utilizada na

substituição parcial ou total de alguma goma ou amido normalmente utilizado

neste tipo de processo. Além disto, devido a presença de grande quantidade de

fibras, sua utilização contribui para o aumento nutricional do produto final.

A farinha da casca do maracujá é um resíduo que possui ótimas

características tecnológicas e nutricionais que devem ser exploradas. Não apenas

como fonte de fibras para enriquecimento nutricional, mas também como

estabilizante, principalmente em alimentos nos quais é importante a manutenção

de sua temperatura de transição vítrea.

52


INSTITUTO ADOLFO LUTZ. (1995).Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz. v.

1: Métodos químicos e físicos para análise de alimentos, 3. ed. Sao Paulo: IMESP.

ASCHERI, J.L.R. (2009) Curso de processo de extrusão de alimentos: aspectos

tecnológicos para o desenvolvimento e produção de alimentos para consumo

humano e animal. EMBRAPA, Abril, 89p.

ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS (2006). Official Methods

of Analysis of A.O.A.C. International 19 ed. V II, cap 37. Fruits and Fruits

Products.

BHANDARI, B.; HOWES, T. (2005). Relating the stickiness property of foods

undergoing drying and dried products to their surface energetics. Drying

Technology, 23, 781–797.

CÉSPEDES, M. A. L. (1998). Otimização do processo de extrusão da polpa de

laranja: modificação das propriedades funcionais e sua aplicação como

fonte de fibra alimentar. Campinas, 1999. 163p. Dissertação (doutorado) –

Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas.

CHAU, C. F., HUANG, Y. L. (2004).Characterization of passion fruit seed fibers – a

potencial fibre source. Food Chemistry 2004, 85, 189-194.

COLONNA, P.; DOUBLER, J.L.;MELCON, J.P.; MONREDON, F.; MERCIER, C.

(1984). Extrusion cooking and drum drying of wheat starch. I. Physical and

macromolecular modifications. Cereal Chemistry, Saint Paul, v.61, n.6, p. 538-

543.

53

CÓRDOVA, K. R. V., GAMA, T. M.M. T. B., WINTER,C. M. G., NETO,G. K., DE

FREITAS R. J. S. (2005). Características físico-químicas da casca do maracujá

amarelo (Passiflora edulis Flavicarpa Degener) obtida por secagem. B. CEPPA.

Curitiba, v. 23, n. 2, p. 221-230.

FANG, K.; BHANDARI, B. (2011). Effect of spray drying and storage on the

stability of bayberry polyphenols. Food Chemistry, v. 129, p.1139-1147.

FUNG TT, HU FB, PEREIRA MA, LIU S, STAMPFER MJ, COLDITZ GA, WILLET

WC (2002). Whole-grain intake and the risk of type 2 diabetes: a prospective study

in men. Am J Clin Nutr. 76: 535-540.

GALISTEO M, DUARTE J, ZARZUELO A 2008. Effects of dietary fibers on

disturbances clustered in the metabolic syndrome. J Nutr Biochem 19: 71-84.

GIUNTINI, E.B.; LAJOLO, F.M.; MENEZES, E.W. (2003). Potencial de fibra

alimentar em países ibero-americanos: alimentos, produtos e resíduos. Arch.

Latinoam. Nutr.,Caracas, v. 53, n.1, p. 1-7.

GONDIM, J. A. M. et al. (2005). Composição centesimal e de minerais em cascas

de frutas.Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 25, n. 4, p. 825-827.

GUERTZENSTEIN, S. M. J. (1998). Uso da casca de maracujá (Passiflora edulis f.

flavicarpa, Deg) cv. amarelo com fonte de fibra solúvel na alimentação de ratos

diabéticos. Rio de Janeiro, 116p. Dissertação de Mestrado – Mestrado em

Nutrição, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

GUILLON, F.; CHAMP, M. (2000). THIBAULT, J. F. Dietary fibre functional

products. In: GIBSON, G. R.; WILLIAMS, C. M. (eds.) Functional foods: concept

to product. Boca Raton: CRC Press. p.315-364.

GUTKOSKY, L. C. (1997). Caracterização tecnológica de frações de moagem

de aveia e efeito de umidade e temperatura de extrusão na sua estabilidade.

54

1997. 241p. Tese (Doutorado em Tecnologia de Alimentos) – Faculdade de

Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.

HEINI, A. F.; LARA-CASTRO, C.; SCHNEIDER, H.; KIRK, K. A.; CONSIDINE, R.

V.; WEINSIER, R. L. (1998). Effect of hydrolyzed guar fiber on fasting and post

prandial satiety hormones: a double-bind, placebo-controlling trial during controlled

weight loss. International Journal of Obesity and Related Metabolic Disorders,

v.22, n.9, p.906-909.

HEIM, K. E, TAGLIAFERRO, A. R, BOBILYA, D. J. (2002). Flavonoid antioxidants:

chemistry, metabolism and structure activity relationships. J Nutr Biochem 13:

572-584.

HOWARTH, N. C.; SALTZMAN, E.; ROBERTS, S. B. (2001). Dietary fiber and

weight regulation. Nutrition Reviews, v.59, n.5, p.129-139.

JUNQUEIRA-GUERTZENSTEIN, S.M., SRUR, A.U.O.S. (2002). Uso da casca de

maracujá (Passiflora edulis, f. flavicarpa, Deg.) cv amarelo na alimentação de ratos

(rattus norvergicus) normais e diabéticos. Revista Cadernos do Centro

Universitário São Camilo 10: 213-218.

LIDDLE, R. A.; MORITA, E. T.; CONRAD, C. K.; WILLIAMS, J. A. (1986).

Regulation of gastric emptying in humans by cholecystokinin. Journal of Clinical

Investigation, v.77, n.3, p.992-996.

LIMA, C.C. (2007). Aplicação das Farinhas de Linhaça (Linum usitatissimum L.) e

Maracujá (Passiflora edulíssimas f. flavicarpa Deg.) no Processamento de Pães

com Propriedades Funcionais. Fortaleza, 157p. Dissertação (Mestrado em

Tecnologia de Alimentos). Universidade Federal do Ceará.

55

LIU S, MANSON JE, STAMPFER MJ, REXRODE KM, HU FB, RIMM EB,

WILLETT WC (2000). Whole grain consumption and risk of ischemic stroke in

women: a prospective study. JAMA 284: 1534-1540.

LOUSADA JÚNIOR, E. J.; COSTA, C. M. J.; JOSÉ, M. N. J.; RODRIGUEZ, M.

N. (2006). Caracterização físico-química de subprodutos obtidos do

processamento de frutas tropicais visando seu aproveitamento na alimentação

animal. Revista Ciência Agronômica, Fortaleza, v.37, n.1, p.70-76.

MAGNONI, D. (2001). Caracterização e aplicação na nutrição clínica. Qualidade

em alimentação. v.2, n.7 ,p.10-11.

MARCHI, R., MONTEIRO, M., BENATO, E. A.; Da SILVA, C. A. R. (2000). Uso da

cor da casca como indicador de qualidade do maracujá amarelo (Passiflora edulis

Sim. f. flavicarpa Deg.) destinado à industrialização. Ciência e Tecnologia de

Alimentos, v. 20, n. 3, p. 381-387.

MALKKI, Y. (2001). Physical properties of dietary fiber as keys to physiological

functions. Cereal Foods World, v.46, n.5, p.196-199.

MATSUURA, F. C. A. U. ; FOLEGATTI, M.I. S. ; MIRANDA, M. S. ; MENEZES, H.

C. (2005). Efeito da trituração e imersão em água na redução dos compostos

cianogênicos do albedo de maracujá amarelo. Revista Brasileira de Toxicologia,

São Paulo, SP, v. 18, n. 1, p. 63-69.

MEDEIROS, J.S. et al. (2009). Ensaios toxicológicos clínicos da casca do

maracujá-amarelo (Passiflora edulis, f. flavicarpa), como alimento com propriedade

de saúde. Rev. bras. farmacogn., vol.19, n.2a, pp. 394-399.

MORTON, J. 1987. Passion fruit. p. 320–328. In: Fruits of warm climates. Julia F.

Morton, Miami, FL. http://www.hort.purdue.edu/newcrop/morton/Passionfruit.html,

acessada em 5/2/2013.

56

MOSSNER, J.; GRUMANN, M.; ZEEH, J.; FISCHBACH, W.(1992). Influence of

various nutrients and their mode of application on plasma cholecystokinin

bioactivity. Clinical Investigator, v.70, n.2, p.125-129.

O’HAGAN, P.; HASAPIDIS, K; CODER, A. HELSING, H.; POKRAJAC, G. (2005).

Particle size analysis of food powder. In: ONWULATA, C. (ed) Encapsulated and

powdered foods. Boca Raton, Taylor & Francis, p.215-245.

OLIVEIRA, M. E. B.; BASTOS, M. S.R.; FEITOSA, T.; BRANCO, M. A. A. C.;

SILVA, M. G. G. (1999). Avaliação de parâmetros de qualidade físico-químicos de

polpas congeladas de acerola, cajá e caju. Ciências e Tecnologia de Alimentos,

Campinas, v. 19, n. 3.

OLIVEIRA LF, NASCIMENTO MRF, BORGES SV, RIBEIRO PCN, RUBACK VR.

(2002). Aproveitamento alternativo da casca do maracujá amarelo (Passiflora

edulis F. Flavicarpa) para produção de doce em calda. Cien. Tecnol. Aliment, 22:

259-262.

OMOBUWAJO, T.O.; BUSARI, O.T.; OSEMWEGIE, A.A. (2000). Thermal

agglomeration of chocolate drink powder. Journal of Food Engineering, v. 46, p.

73-81.

PAIVA R. (1998). Leite com maracujá. Titulo. Rev. Globo Rural 152: 9-15.

PÉREZ, M. F.; SÁNCHES, J. L. R. (2001). Tecnologia para la obtención de fibra

dietética a partir de materias primas regionales. La experiencia en cuba. In: Fibra

dietética en Ibero américa: tecnología y salud: obtención, caracterizatión,

efecto fisiológico y aplicación en alimentos. Cood. Franco Maria Lajolo. São

Paulo: Livraria Varela, p.221-236.

PITA, J.S.L. (2012). Caracterização físico-química e nutricional da polpa e farinha

da casca de maracujazeiros do mato e amarelo. Itapetinga – BA, 80p. Dissertação

– Mestrado em Engenharia de Alimentos: UESB.

57

RAMOS, A.T.; CUNHA,M. A. L.; SRUR, A. U. O. S.; PIRES,V. C. F.;

CARDOSO, M. A. A.; DINIZ, M. F. M.; MEDEIROS, C. C. M. (2007). Uso de

Passiflora edulis f. flavicarpa na redução do colesterol. Revista Brasileira de

Farmacognosia. vol.17 nº4, João Pessoa.

ROBBERS, J. E., SPUDIE, M. K., TYLER, V. E. (1996). Pharmacognosy and

pharmacobiotechnology, Baltimore: Williams e Wilkins.

ROSENBERG, M.; YOUNG, S. (1993). Whey proteins as microencapsulating

agents. Microencapsulation of anhydrous milk fat-structure evaluation. Food

Structure, v.12, p. 31-41.

ROOS, Y. H. (1995). Phase transitions in foods. 1 ed. California: Academic Pres,

Inc. 360p.

SACHS, A. (2002) Diabetes mellitus. In: Cuppari, L. Nutrição: nutrição clínica no

adulto, p.151-165.

SANDERSON, G.R. (1981). Polysaccharides in Foods. Food Technol.35: 50-57,

83.

SANTANA, M. D. F.S.; GASPARETTO, C. A.(2009). Microestrutura da fibra

alimentar do albedo de laranja: um estudo por técnicas físicas e análise de

imagens. Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, 29(1): 124-134, jan.-mar.

SATO, G. S.; CHABARIBERY, D.; JUNIOR, A. A. B. (1992). Panorama da

produção e de mercado do maracujá. Informações Econômicas, São Paulo,

v.22, n.6, jun.

SHAHIDI, F.; HAN, X. D. (1993). Encapsulation of food ingredients. Critical

Reviews in Food Science and Nutrition, v. 33, n. 6, p.501-547.

SILVA, M.S.; ALVES, R.E.; MENDONÇA, R. M. N. (2007). Fisiologia pós-colheita

de frutas tropicais. In: SEDIYAMA, M. A. N.; BARROS, R. S.; FLORES, M. E. P.;

58

SALOMÃO, L. C. C.; PUSCHMANN, R. II Simpósio Brasileiro de Pós-Colheita

de Frutas Hortaliças e Flores. Viçosa, p.93-97.

SCHWEIZER TF, WURSCH, P. (1991). The physiological and nutritional

importance of dietary fiber. Experientia 47: 181-186.

TAKEITI, C. Y.; KIECKBUSCH, T. G.; COLLARES-QUEIROZ F. P. (2010).

Morphological and Physicochemical Characterization of Commercial Maltodextrins

with Different Degrees of Dextrose- Equivalent, International Journal of Food

Properties, 13:2, 411-425

TURANO, W., LOUZADA, S. R. N, DEREVI, S. C. N, MENDEZ, M. H. M. (2002).

Estimativa de consumo diário de fibra alimentar na população adulta, em regiões

metropolitanas do Brasil. Nutr Bras 3: 130-135.

VENN JB, MANN JL 2004. Cereal grains, legumes and diabetes. Eur J Clin Nutr

58: 1443-1461.

YAPO BD, KOFFI KLK. (2006). Yellow passion fruit rind a potential source of low-

methoxylpectin. J. Agric Food Chem. 54: 2738-2744.

ZERAIK, Maria Luiza et al. (2010). Maracujá: um alimento funcional?. Rev. bras.

farmacogn., Curitiba, v. 20, n. 3, July.

59

CAPÍTULO 3

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA ADIÇÃO DE

DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE MALTODEXTRINA E FARINHA DA

CASCA DO MARACUJÁ EM SUA POLPA

Artigo a ser submetido a revista LWT – Food Science and Technology

C. B. Faria, K. Castro, F. L. Schmidt

61

RESUMO

A viscosidade é um importante parâmetro a ser considerado em processos que

envolvem bombeamentos de polpas de frutas. Em processos de secagem, a

viscosidade tende a interferir na etapa de atomização no caso de spray dryer,

causando entupimentos e problemas nas câmaras de secagem, com a formação

de grandes partículas. Devido a seu tamanho, não ocorre sua secagem adequada

e assim podem se aderir às paredes da câmara de secagem, causando perda no

rendimento do processo de atomização. Em vista disto, este capítulo teve como

objetivo a avaliação da viscosidade da polpa de maracujá com a adição de

diferentes concentrações da Farinha da casca do maracujá (FCM) em substituição

a maltodextrina, para determinar a máxima quantidade deste produto a ser

utilizado para a secagem da polpa de maracujá por atomização e assim, obter um

produto com maior valor nutricional. Deste modo, foi adicionada à polpa de

maracujá uma quantidade de 12g de maltodextrina/100g, obtendo uma proporção

de 1:1. Nesta base foram realizadas substituições de 0,0 a 30,0% da maltodextrina

pela FCM. As medidas reológicas foram determinadas nas temperaturas de 25,

40, 60 e 80°C, por meio de um viscosímetro de cilindros coaxiais, onde a taxa de

deformação variou de 6,60 a 198,0 s-1. Os dados obtidos foram tratados

estatisticamente e foram utilizados os modelos matemáticos de Leis da Potência

ou Ostwald-de-Waele e Herschel-Bulkley no ajuste dos dados. Para analise da

melhor concentração da FCM a ser adicionada, foi avaliada a variação do índice

de consistência pela concentração da FCM. Foi obtida a Energia de Ativação pela

equação de Arrhenius das amostras nas 4 temperaturas estudadas. Pelos

parâmetros observados e resultados obtidos, a concentração de FCM a ser

utilizada em substituição a maltodextrina, na qual o sistema apresenta melhor

estabilidade e o comportamento reológico parecido, foi no intervalo de 7 a 10%.

62

ABSTRACT

Viscosity is an important parameter to be considered in processes involving

pumping of fruit pulps. In the drying process, the viscosity tends to interfere with

the atomization in spray drying step, and causing clogging problems in drying

chambers, with the formation of large particles that tend not dry out and / or by

adhering to the walls of the drying chambers. In view of this, this chapter aimed to

determine the viscosity of the passion fruit pulp with the addition of different

concentrations of passion fruit peel flour (PFPF) to substitute maltodextrin, to

assess the maximum amount of this product for drying the pulp by atomization and

give a product with a higher nutritional value. Thus, it was added to passion fruit

pulp a quantity of maltodextrin 12g / 100g, yielding a ratio of 1: 1, this base

substitutions were made from 0.0 to 30.0% maltodextrin by PFPF. Rheological

measurements were determined at temperatures of 25, 40, 60 e 80°C., by means

of a coaxial cylinder viscometer, varying the speed from 10 to 150 rpm. The data

were treated statistically and the behavior was assessed by mathematical models

or Laws of Power Ostwald-de-Waele and Herschel-Bulkley. The variation in the

consistency index by the concentration of FCM added on the pulp was evaluated.

Energy Activation was also obtained by the Arrhenius equation of the samples in

the 4 temperatures studied. From the results obtained, the best concentration of

FCM to be used to substitute maltodextrin was in the range 7-10%.

63

3.1. Introdução

A viscosidade de alimentos fluidos é uma propriedade importante de

transporte, o que é de grande utilidade na Ciência e Tecnologia de Alimentos, para

a concepção de processos e equipamentos de processamento de alimentos,

avaliação e controle de qualidade, como também compreender a estrutura dos

alimentos. Ela afeta vários parâmetros de concentração e secagem de produtos,

contribuindo para o dimensionamento de equipamentos e diferenciação de

processos.

Alimentos fluidos são materiais heterogêneos, constituídos por uma

dispersão de fibras, células, partículas de proteínas, gotículas de óleo e bolhas de

ar em fase contínua, como uma solução contínua de açúcar (Krokida et al., 2001).

Vários fatores influem no comportamento reológico de polpa de frutas, incluindo

temperatura, teor de sólidos solúveis/concentração e tamanho das partículas

(Haminiuk et al., 2006).

A adição de amido e/ou fibras em alimentos líquidos aumenta sua

viscosidade devido à absorção de água, causando o entumecimento destas

partículas e com isto a elevação da viscosidade do meio. O tipo de amido ou fibra

adicionado deve ser bem caracterizado para a sua utilização como aditivo em

alimentos ou uso biotecnológico (Wischmann et al., 2007), permitindo deste modo,

prever seu comportamento. As propriedades reológicas de dispersões de amido

podem reportar informações relevantes para a caracterização estrutural, bem

como para a escolha de condições adequadas de processamento de alimentos

(Park et al., 2004). As dispersões de amido gelatinizado exibem propriedades

reológicas específicas, dependendo da fonte, da temperatura e da concentração

(Rao, 2007).

A viscosidade determina o mecanismo de formação das gotas e seu

tamanho, influenciando significativamente no resultado obtido no processo de

secagem. O aumento da viscosidade através da adição de sólidos produz

partículas maiores e irregulares na atomização (Masters, 1972).

64

No processo de secagem por spray drying a adição de maltodextrina

propicia a melhora na secagem de suco de frutas. No entanto, o uso de grande

quantidade de maltodextrina acarreta o aumento da viscosidade do produto, o que

não é desejável para a secagem e nem para o uso final do suco em pó, pois o

descaracteriza sensorialmente e reduz seu valor nutricional (Bhandari et al., 1997).

Uma forma de aumentar o valor nutricional de um produto é a incorporação

de fibras, tanto solúveis, quanto insolúveis. A casca do maracujá é uma importante

fonte de fibras, que não é devidamente aproveitada na alimentação humana.

Muitas de suas propriedades funcionais têm sido estudadas, principalmente

aquelas relacionadas com o teor e tipo de fibras presentes. A casca do maracujá

constitui um produto vegetal rico em fibras do tipo solúvel (pectinas e mucilagens),

benéficas ao ser humano. Além das propriedades funcionais, a casca do maracujá

(albedo) é rica em pectina, niacina (vitamina B3), ferro, cálcio, e fósforo. Em

humanos, a niacina atua no crescimento e na produção de hormônios, assim

como na prevenção de problemas gastrointestinais. Os minerais atuam na

prevenção da anemia (ferro), no crescimento e fortalecimento dos ossos (cálcio) e

na formação celular (fósforo) (Córdova et al, 2005).

Um modo de consumo desta casca é na forma de farinha, sendo que esta

pode ser adicionada à polpa de frutas, facilitando o processo de secagem da

mesma em spray dryer, reduzindo a adição de maltodextrina. Foram realizados

vários testes com adição de diferentes quantidades de farinha da casca de

maracujá (FCM) e maltodextrina à polpa de maracujá, sendo avaliado seu

comportamento reológico frente a esta substituição bem como seu efeito na

secagem.

Deste modo, o objetivo deste capítulo foi à avaliação do comportamento

reológico em função da adição da FCM em substituição a maltodextrina na polpa

de maracujá. Para avaliar a quantidade máxima de FCM a ser utilizada na

secagem pelo processo de atomização em spray dryer.

65

3.2. Materiais e Métodos

3.2.1. Preparo das amostras

O suco de maracujá e a FCM foram produzidos a partir de 90 kg de

maracujás amarelos adquiridos no CEASA Campinas/SP. Foi realizado o

despolpamento em despolpadora de facas, modelo MDP-450, marca MAX

MACHINE, com peneira de 16 mesh para obtenção do suco, sendo este, para sua

conservação, armazenado congelado em sacos de polietileno (25x 38 x 0,05), em

frações de 500 mL a -18°C até o momento dos testes. A casca foi tratada de

acordo com Matsuura et al. (2005), para retirada dos compostos cianogênios,

sendo então seca em estufa Marconi (MA 035) com circulação de ar forçada, a

80°C, por 14 horas (até umidade próxima a 3%), e então triturada em moinho

TECNAL, modelo TE-631/2 até mesh<65, tamanho próximo ao da maltodextrina

10DE, Mor-Rex®1910 fornecida pela empresa Corn Products Brasil.

As soluções foram preparadas utilizando uma concentração de 12 g de

maltodextrina/100g de polpa, obtendo assim uma proporção de 1:1 de

maltodextrina pelos sólidos solúveis presentes na polpa do maracujá, visando

deste modo obter um pó com melhor qualidade nutricional e maior sabor da fruta.

Nesta base foram então realizadas as substituições do coadjuvante de secagem

pela FCM, de acordo com a Tabela 3.1.

Tabela 3.1 - Concentrações de FCM e maltodextrina adicionadas ao suco de maracujá.

Porcentagem %

FCM 0,0 2,0 3,0 5,0 7,0 10 15 20 30

Maltodextrina 100 98 97 95 93 90 85 80 70

66

3.2.1.1. Caracterização da matéria prima

A polpa de maracujá foi caracterizada quanto ao teor de sólidos solúveis

(°Brix) em refratômetro digital (AR200, Leica) e quanto ao PH em pHmetro (DM-20

– Digimed), com eletrodo de vidro com compensador de temperatura a 25°C. A

umidade e a acidez titulável em ácido cítrico foram medidas de acordo com a

metodologia da AOAC 920.107 e 942.15 (2006).

3.2.2. Determinação dos parâmetros reológicos.

A viscosidade das soluções foi determinada a 25, 40, 60 e 80°C utilizando

reômetro digital com geometria de cilindros coaxiais (Brookfield Programmable

Rheometer - Modelo DV- III, Massachusetts - EUA), o spindle empregando foi da

série SC4-27, com variação da taxa de deformação de 6,60 a 198,0 s-1, sendo a

leitura inicial em 6,60 s-1 e em seguida em intervalos de 13,2 s-1. Para obtenção do

ajuste foram utilizadas curvas ascendentes e descendentes. Como não foram

verificados efeitos tixotrópicos, foi tomado o valor médio da tensão de

cisalhamento, para cada taxa de deformação nas diversas temperaturas, de modo

a se obter uma curva do comportamento reológico das soluções e comparar suas

diferenças.

Um banho termostático de água foi utilizado para controle das

temperaturas de ensaio. A amostra ficou inicialmente sob agitação a 100 rpm por

5 minutos para atingir o equilíbrio com o banho térmico.

Para obtenção dos parâmetros reológicos e determinação do

comportamento da polpa foram usados os modelos: Lei da Potência ou Ostwald-

de-Waele (Equação 3.1), Herschel-Bulkley (Equação 3.2). O ajuste não linear para

o modelo foi feito utilizando o programa Statistica® 7.0 para a obtenção dos

parâmetros reológicos (K e n). Os valores de r2 (coeficiente de regressão linear) e

χ2 (chi-quadrado), equações 3.3 e 3.4, foram obtidos para avaliar a qualidade do

ajuste dos modelos matemáticos estudados.

67

Equação 3.1

Equação 3.2

Onde:

σ = tensão de cisalhamento, Pa.

σ0 = tensão inicial de cisalhamento, Pa.

K= índice de consistência, Pa.sn

γ = taxa de deformação, s-1

n = índice de comportamento do fluido

∑ ̆

∑ ̆ Equação 3.3

∑

Equação 3.4

Em fluidos não-Newtonianos, a razão entre a tensão de cisalhamento e a

taxa de deformação é denominada viscosidade aparente (ηa), que a uma taxa de

deformação constante, expressa em termos de uma viscosidade e a certa

temperatura de referência, também pode ser modelada pela equação de Arrhenius

(Steffe & Daubert, 2006) (Equação 3.5). Envolvendo a temperatura absoluta (T), a

constante universal dos gases (R) e a energia de ativação (Ea)

(

) Equação 3.5

Onde:

ηa = viscosidade aparente, Pa.s;

Kr = constante de proporcionalidade de reação;

Ea = energia de ativação (kcal/mol);

R = constante dos gases = 1,987 cal/g mol(K) ou 8,314 J/g mol(K);

T = temperatura absoluta (K).

68

Para fluidos da Lei de Potência, a viscosidade aparente a uma taxa de

deformação constante, expressa em termos de uma viscosidade de referência

dada a certa temperatura de referência, também pode ser modelada pela equação

de Arrhenius (Steffe & Daubert, 2006) (Equação 3.6).

(

) (

) (

) Equação 3.6

Onde:

ηr = viscosidade aparente de referência, Pa.s

Tr =temperatura de referência, K

A equação de Arrhenius é usada para avaliar a influência da temperatura na

viscosidade.

3.3. Resultados e Discussão

3.3.1. Comportamento reológico

As características da polpa de maracujá utilizada no experimento estão

descritas na Tabela 3.2. A polpa apresentou características esperadas para a

fruta.

Tabela 3.2 – Características da polpa de maracujá.

Componentes Média ± Desvio Padrão

pH 3,00± 0,00

Brix 11,90 ±0,02

Acidez média (%) 3,35 ±0,02

Umidade (%) 86,08 ±0,03

69

O comportamento reológico da polpa com adição de diferentes

concentrações FCM em substituição a maltodextrina de acordo com a Tabela 3.1,

pode ser observado nas Figuras 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4., onde são apresentados os

pontos experimentais de tensão de cisalhamento (Pa) em função da taxa de

deformação (s-1), nas temperaturas de 25, 40, 60 e 80°C.


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 25°C

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Ten

são

de

cis

alh

ame

nto

(P

a)

Taxa de deformação (s-1)

0% 2,00% 3,00% 5,00% 7,00% 10,00% 15,00% 20,00% 30,00%

70


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 40°C


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 60°C.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Ten

são

de

cis

alh

ame

nto

(P

a)


0% 2,00% 3,00% 5,00% 7,00% 10,00% 15,00% 20,00% 30,00%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Ten

são

de

cis

alh

ame

nto

(P

a)

Taxa de deformação(s-1)

0% 2,00% 3,00% 5,00% 7,00% 10,00% 15,00% 20,00% 30,00%

71


porcentagens de farinha da casca do maracujá a 80°C.

Os reogramas apresentaram comportamentos semelhantes entre as

amostras, porém em escalas diferentes de acordo com a concentração do teor da

farinha da casca do maracujá (FCM) e a temperatura. Pode-se perceber nos

reogramas que há aumento da taxa de cisalhamento com o aumento da

concentração de FCM, demonstrando sua influencia sobre o comportamento

reológico da polpa.

Foi observado que a 25°C, a concentração de 0,0% até a concentração de

15,0%FCM há um aumento linear da tensão de cisalhamento, sendo que nas

outras temperaturas (60°C a 80°C), se observa um aumento linear até 20,0%FCM.

A 80°C as tensões de cisalhamento destas amostras tendem a se aproximar,

demonstrando que temperatura afeta o comportamento da solução.

Este comportamento demonstra que há uma redução da tensão de

cisalhamento com o aumento da temperatura, que pode ser atribuído ao aumento

das distâncias intermoleculares, por causa da dilatação térmica provocada pelo

aumento da temperatura (Constenla, Lozano & Crapiste, 1989). O que pode ser

comprovado pela redução da viscosidade aparente com o aumento da

temperatura, como apresentado na Figura 3.5, onde é apresentada a viscosidade

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Ten

são

de

cis

alh

ame

nto

(P

a)


0% 2,00% 3,00% 5,00% 7,00% 10,00% 15,00% 20,00% 30,00%

72

aparente (Pa. s) pela taxa de cisalhamento (s-1) nas concentrações de 0,0, 7,0% e

15% de FCM.

Figura 3.5. Comportamento da viscosidade aparente da polpa de maracujá

com 0,0 e 15%FCM em diferentes temperaturas.

O mesmo comportamento reológico e redução da viscosidade aparente

foram observados em polpa de tomate reconstituída (Barbana & El-omri, 2009) e

polpa de tomate com maltodextrina durante a secagem em spray dryer (Goula &

Adamopoulos, 2008).

A polpa de maracujá possui um comportamento pseudoplástico,

normalmente observado em suco de frutas, devido à presença principalmente de

pectina e de outras fibras que constituem a polpa. Também se pode notar uma

diminuição da viscosidade com o aumento da temperatura, principalmente a 60 e

80°C, que causa a redução das interações das partículas devido à expansão

térmica.

As soluções até 20% de FCM tenderam a ter um comportamento próximo

ao Newtoniano devido à concentração de maltodextrina utilizada. De acordo com

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200 250

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

Pa.

s)


25°C-15% 40°C-15% 60°C-15% 80°C-15%

25°C-7% 40°C-7% 60°C-7% 80°C-7%

25°C-0% 40°C-0% 60°C-0% 80°C-0%

73

Dokic et al (1998), isto ocorre nas soluções devido a maior porcentagem de

cadeias lineares presentes. A interação com a maltodextrina permite que os

polissacarídeos da polpa possam se estender completamente em solução,

aproximando seu comportamento a de soluções de açúcares.

Pode-se observar também que a substituição da maltodextrina pela FCM

ocasionou um aumento na viscosidade aparente, como observado na Figura 3.6,

que apresenta um gráfico que relaciona a viscosidade aparente, a taxa de

deformação 106s-1, com as concentrações de FCM em substituição a

maltodextrina.

Figura 3.6. Viscosidade da polpa de maracujá em função da concentração de

FCM em diferentes temperaturas.

Este comportamento se deve a presença de moléculas mais longas, pois

estas possuem um maior volume hidrodinâmico que aumenta a viscosidade da

solução. A interação maltodextrina – polissacarídeo tende a facilitar a redução da

viscosidade da solução em comparação a outros tipos de amidos utilizados para

facilitar o processo de secagem em spray dryer (Grabowski, et al., 2008).

No entanto com a substituição da maltodextrina pela FCM, principalmente

na concentração de 30% a solução voltou a ter uma tendência pseudoplástica,

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% 30,0% 35,0% 40,0%

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

Pa.

s)

Concentração de FCM

25°C 40°C 60°C 80°C

74

como observado nos reogramas das Figuras 3.1 a 3.4, o que pode ser devido à

presença de pectina (4,62%) e fibras, incluindo as solúveis e as insolúveis, que

representam aproximadamente 80% da fibra presente da farinha.

3.3.2. Análise dos modelos matemáticos

As Tabelas 3.3 e 3.4 mostram os resultados obtidos pela análise dos dados

pelos modelos matemáticos de Herschel-Bulkley e Leis da Potência,

respectivamente.

75

Tabela 3.3 - Resultado modelo matemático de Herschel-Bulkley para as diferentes concentrações de FCM e maltodextrina.

%FCM Temperatura (°C)

σ0

(Pa) K

(Pa.sn) N (-)

χ2 r2

0,0

25 1,6031 0,4006 0,7744 0,6813 0,9999

40 1,2113 0,2492 0,7953 0,9617 0,9998

60 1,3292 0,1525 0,8201 0,4446 0,9998

80 1,0523 0,1128 0,8275 0,6441 0,9996

2,0

25 -0,5325 3,7924 0,4410 0,7124 0,9997 40 -6,1484 8,8765 0,2209 0,6163 0,9990 60 4,03924 0,7078 0,5401 0,3472 0,9989 80 2,5800 0,0787 0,7987 0,2571 0,9967

3,0

25 4,5245 1,5468 0,5314 0,3734 0,9997 40 1,3761 3,0579 0,3715 0,5163 0,9992 60 3,5125 1,9081 0,3789 0,6809 0,9977 80 5,5602 0,2881 0,5964 0,7804 0,9924

5,0

25 5,7604 2,3234 0,5306 0,2690 0,9999

40 1,3391 4,8647 0,3390 0,3624 0,9996

60 6,5148 0,6973 0,5318 0,77828 0,9971

80 5,0486 0,1353 0,7178 0,3838 0,9958

7,0

25 0,7613 7,1456 0,3404 1,4986 0,9994 40 2,8580 4,3101 0,3712 1,2278 0,9991 60 7,6836 0,4608 0,6468 0,9574 0,9979 80 -2872,23 2873,73 0,0008 8,2255 0,9495

10,0

25 15,9113 1,8422 0,6336 1,4252 0,9997 40 14,7612 1,5878 0,6162 1,5778 0,9996 60 11,7860 1,2302 0,5539 0,6184 0,9994 80 4,7409 7,2584 0,2109 3,1720 0,9909

15,0

25 22,9264 2,5955 0,6302 1,5749 0,9998 40 25,4960 1,4854 0,6874 1,5288 0,9998 60 23,6500 0,8852 0,7051 1,8075 0,9994 80 19,0761 2,1686 0,4898 4,0282 0,9974

20,0

25 42,1278 3,0259 0,6870 11,8557 0,9996 40 35,5180 2,7359 0,6622 4,3934 0,9997 60 25,1270 2,7884 0,6000 2,7334 0,9997 80 3,18710 5,8746 0,4363 3,5910 0,9994

30,0

25 137,0453 20,5129 0,5335 53,5351 0,9996 40 117,6128 18,3366 0,5092 33,3476 0,9996 60 15,1379 42,4180 0,3585 40,2698 0,9995 80 27,9628 8,9715 0,5687 16,3544 0,9996

76

Tabela 3.4 – Resultado do modelo matemático Lei da Potência para as diferentes concentrações de FCM e maltodextrina.

%FCM Temperatura (°C)

K (Pasn)

N (-)

χ2 r2

0,0

25 0,7292 0,6703 1,2880 0,9990 40 0,4861 0,6789 0,8295 0,9987 60 0,4269 0,6406 0,8954 0,9972 80 0,3283 0,6409 0,5967 0,9969

2,0

25 3,5443 0,4516 0,7378 0,9997

40 4,3548 0,3115 1,2008 0,9980

60 2,8181 0,3282 1,6781 0,9946

80 1,1267 0,3605 1,4687 0,9810

3,0

25 3,6390 0,3974 2,6861 0,9980

40 3,8862 0,3370 0,6046 0,9991

60 4,2257 0,2684 1,0384 0,9965

80 3,8169 0,2150 2,0143 0,9803

5,0

25 4,9129 0,4129 4,3488 0,9971

40 5,7230 0,3163 0,4229 0,9996

60 4,6673 0,2515 2,8013 0,9898

80 3,0381 0,2360 2,1460 0,9765

7,0

25 6,6791 0,3501 1,5228 0,9993

40 6,0658 0,3224 1,5792 0,9988

60 4,4812 0,2921 6,1165 0,9869

80 4,2416 0,2216 9,9807 0,9383

10,0

25 8,7011 0,3848 37,9226 0,9941

40 8,5312 0,3506 26,6992 0,9931

60 8,0338 0,2720 9,1307 0,9918

80 11,283 0,1635 3,2476 0,9907

15,0

25 12,6807 0,3767 73,8914 0,9939

40 13,2100 0,3377 87,3536 0,9887

60 13,2180 0,2795 56,0213 0,9834

80 14,8785 0,2169 15,1139 0,9905

20,0

25 20,8286 0,3748 287,2094 0,9910

40 18,7406 0,3544 173,3214 0,9912

60 15,1329 0,3353 69,1690 0,9930

80 7,50524 0,3991 4,4229 0,9992

30,0

25 106,629 0,2738 1141,1844 0,9931 40 95,7645 0,2541 676,9193 0,9933 60 52,2566 0,3277 49,5712 0,9994 80 22,4233 0,4145 124,3994 0,9974

Pelos resultados obtidos nas Tabelas 3.3 e 3.4, pode-se observar que a

polpa mantém um comportamento não Newtoniano, sendo um produto

pseudoplático (n<1) para todas as concentrações e temperaturas.

77

O modelo matemático da Lei da Potência representou melhor o

comportamento reológico da polpa de maracujá em relação ao modelo Herschel-

Bulkley nas soluções de menor concentração de FCM, onde havia maior

concentração de maltodextrina e em temperaturas menores que 60°C. Nas

maiores concentrações de FCM (≥15%) o comportamento reológico foi melhor

representado pelo modelo de Herschel-Bulkley, onde se pode observar uma maior

tensão inicial de cisalhamento da solução, independente da temperatura aplicada.

A adequação dos modelos matemáticos pode ser confirmada pelos valores

de X2 apresentados nas Tabelas 3.3. e 3.4, onde se observou seu aumento com a

substituição da maltodextrina pela FCM, sendo que seu valor tendeu a ser maior

no modelo de Lei da Potência nas concentrações acima de 10% FCM, enquanto

que no modelo de Herschel-Bulkely, apresentou um aumento considerável apenas

acima de 20% FCM.

O aumento da consistência da solução pode estar ligado à tendência das

fibras da FCM a absorver a água presente e também ao encapsulamento da polpa

pela maltodextrina, que tende a envolver as partículas de sólidos presentes,

contribuindo deste modo para o aumento do volume hidrodinâmico e com isto uma

maior viscosidade da solução. A concentração de 30% apresentou um valor de

coeficiente de consistência (K) próximo a de polpa de tomate (Fito et al., 1983) ou

polpa de maçã (Rao et al., 1993), ambos citados em Krokida et al. (2001).

A temperatura possui o maior efeito sobre o índice de consistência (K) em

alimentos com comportamento pseudoplático. Foi observado que as misturas da

polpa do maracujá com maior quantidade de FCM apresentaram um aumento no

índice de consciência, no entanto, foi observado que seu valor decresce com a

elevação da temperatura, em especial a 80°C. No entanto em menores

temperaturas houve aumento deste índice, sendo que apresentam uma tendência

a ter o mesmo valor no intervalo de concentração de 7 a 15% FCM, o que

demonstra que utilizando uma quantidade de FCM próxima a esta em substituição

a maltodextrina, a consistência é a mesma, independente da temperatura

aplicada, como se pode observar na Figura 3.7.

78

Figura 3.7. Dados reológicos da polpa de maracujá com diferentes

concentrações de FCM em 4 diferentes temperaturas.

O efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente de alimentos líquidos,

a uma velocidade de cisalhamento constante, pode ser descrita pela equação de

Arrhenius (Rao & Tattiyakul, 1999). Os gráficos da Figura 3.8 (a e b) descrevem a

aplicação da equação de Arrhenius linearizada para quantificar o efeito da

temperatura na viscosidade aparente (η), a uma taxa de deformação 106 s-1, e no

índice de consistência (K) do modelo da lei da potência.

A análise destas Figuras indica a influência da temperatura na viscosidade

aparente da mistura da polpa com maltodextrina e FCM e no índice de

consistência, sendo que tanto η quanto K decrescem com aumento da

temperatura.

0,001

0,1

10

1000

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 26,00 28,00 30,00

K -

Co

efi

cie

nte

de

co

ns

istê

nc

ia (

Pa

sn)

Concentração FCM (%)

25°C 40°C 60°C 80°C

Linear (25°C) Linear (40°C) Linear (60°C) Linear (80°C)

79

(a)

(b)

Figura 3.8. Curva de Arrhenius: (a) viscosidade aparente a (b) coeficiente de

consistência para as diferentes concentrações de FCM, nas temperaturas de

25, 40, 60 e 80°C.

0

1

2

3

4

5

6

7

0,0028 0,0029 0,003 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034

Ln

da v

isco

sid

ad

e a

pare

nte

, n

(P

a.s

)

Inverso da Temperatura absoluta, 1/T (K-1)

0% 2,00% 3,00% 5,00% 7,00%

10,00% 15,00% 20,00% 30,00%

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

0,0028 0,0029 0,003 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034

Ln

do

ín

dic

e d

e c

on

sis

tên

cia

, K

(P

a.s

n)

Inverso da temperatura absoluta, 1/T (K-1)

0% 2,00% 3,00% 5,00% 7,00% 10,00% 15,00% 20,00% 30,00%

80

A energia de ativação corresponde às modificações sofridas por estas

partículas sólidas e as macromoléculas presentes na polpa a partir do efeito do

fluxo laminar (Kassai, 2007). Os valores da energia de ativação obtidos a partir da

inclinação da reta do Gráfico de Arrhenius (Ea/R) estão na Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Energia de ativação obtida a partir da Equação de Arrhenius para viscosidade aparente na taxa de deformação de 106s -1 para a polpa de maracujá com diferentes concentrações de FCM.

Concentração de FCM (%) Energia de Ativação

(KJ.mol-1)

R2

0,0 1759,4 0,9932

2,0 2962,9 0,9703

3,0 1498,7 0,9842

5,0 2559,2 0,9902

7,0 2169,6 0,9874

10,0 1539,6 0,9822

15,0 1165,8 0,9925

20,0 1663,3 0,9835

30,0 1782,4 0,9575

Uma alta energia de ativação de fluxo (Ea), em geral, implica que pequenas

variações de temperatura são necessárias para modificar rapidamente a

viscosidade (Steffe, 1996). A Tabela 3.5 mostra a variação da Ea com a

concentração de FCM, onde a média foi de 1900,1 kJ.mol-1.

3.4. Conclusão

O comportamento reológico da polpa de maracujá, com diferentes

concentrações de FCM e maltodextrina foi mais bem descrito pelo modelo

matemático de Lei da Potência, principalmente em menores concentrações de

FCM em substituição à maltodextrina. Houve uma tendência na redução do índice

de consistência (k) com o aumento da temperatura. O índice de comportamento

81

do fluido (n) não mostrou nenhuma tendência em seu aumento ou redução

vinculado a temperatura ou a concentração de FCM, no entanto seu valor foi

menor que 1, demostrando que a solução teve um comportamento pseudoplástico

independente da concentração de FCM utilizada.

A quantidade de FCM adicionada em substituição a maltodextrina influencia

a viscosidade da polpa de maracujá causando seu aumento e alterando sua

consistência deixando a próxima a da polpa de tomate ou maçã, sendo necessário

avaliar um limite de adição.

A alta concentração de FCM causa um grande aumento da viscosidade,

que dificulta o escoamento do produto e pode interferir no processo de secagem,

principalmente por spray dryer, que leva ao gotejamento e/ou a não formação de

gotículas e com isto perdas na câmara de secagem e produtos de alta umidade e

baixa qualidade.

Apesar de uma maior quantidade de FCM proporcionar um produto mais

nutritivo, devido à incorporação de fibras, o estudo reológico mostrou que a melhor

quantidade de FCM a ser adicionada é em torno de 7,0 a 15,0%, nas temperaturas

de 25 a 60°C. Apesar da viscosidade diminuir com a temperatura, seu valor

elevado pode causar degradação de vários componentes presentes na polpa

como vitaminas e aromas, devido ao aquecimento prolongado.


AOAC. (1984). Official methods of analysis. Arlington: Association of Official

Analytical Chemists.

BARBANA, C.; EL-OMRI, A.. (2009). Viscometric behavior of reconstituted tomato

concentrate. Food Bioprocess Technol.

BHANDARI, B.R.; DATTA, N.; HOWES, T. (1997).Problems associated with spray

drying of sugar-rich foods. Drying Technology. 15, 671–685.

82

CONSTENLA, D. T., LOZANO, J. E., & CRAPISTE, G. H. (1989). Thermo physical

properties of clarified apple juice as a function of concentration and temperature.

Journal of Food Science, 54(3), 663–668.

CÓRDOVA, K. R. V., GAMA,T. M.M. T. B., WINTER,C. M. G., NETO,G. K., DE



Curitiba, v. 23, n. 2, p. 221-230.

DOKIC,P., JAKOVLJEVIC, J., DOKIC-BAUCAL, LJ. (1998). Molecular

characteristics of maltodextrins and rheological behavior of diluted and

concentrated solutions. University of Novi Sad, Faculty of Technology, Bul. Cara

Lazara 1, 21000 Novi Sad, Yugoslavia. Colloids Surfaces A: Physicochemical.

Eng. Aspects 141, 435–440.

FITO, P.J.; CLEMENTE, G.; SANZ, F.J. (1983).Rheological Behavior of Tomato

Concentrates Hot and Cold Break. Journal of Food Engineering, 2, 51762.

GOULA, A. M.; ADAMOPOULOS, K. G.. (2008). Effect of maltodextrin addition

during Spray drying of tomato pulp in dehumidified air: Drying kinetics and product

recovery. Drying Technology, 26: 714-725.

GURSES, A., & BAYRAKC-EKEN, S. (1996). Deneysel Fizikokimya. Ataturk

Universities Yayn no: 807. K.K. Egitim Fak. Yayin no: 62. Ders Kitaplari Serisi no:

48. Erzurum, Turkiye. In Memnune S., M., Fatih, & Mustafa E.S. (2005).

Rheological, physical and chemical characteristics of mulberry pekmez. Food

Control, 16, 73–76.

HAMINIUK, C.W.I.; SIERAKOWSKI, M.R.; VIDAL,J.R.M.B., MASSON, M.L..

(2006). Influence of temperature on the rheological behavior of whole araçá pulp

(Psidium cattleianum sabine). LWT-Food Science Technology. 39, 426-430.

KASAAI, M.R.. Carbohydrate Polymers 68 (2007) 477–488.

83

KROKIDA ,M. K.; Z. MAROULIS, B.; SARAVACOS, G. D.. (2001) Rheological

properties of fluid fruit and vegetable puree products: compilation of literature data.

international journal of food properties, 4(2), 179–200.

MASTERS, K. (1972). Spray drying: an introduction to principles, operation

practice and applications. London: Leonard Hill Books, 668p.

MATSUURA, F. C. A. U. ; FOLEGATTI, M. I. S. ; MIRANDA, M. S. ; MENEZES, H.

C..(2005) Efeito da trituração e imersão em água na redução dos compostos

cianogênicos do albedo de maracujá amarelo. Revista Brasileira de Toxicologia,

São Paulo, SP, v. 18, n. 1, p. 63-69.

PARK, S., CHUNG, M.G., YOO, B., 2004. Rheological properties of

octenylsuccinated cornstarch pastes. Starch 56, 431–438.

RAO, M.A.; COOLEY, H.J.; ORTLOFF, C.; CHANG, K.; WIJTS, S.C. (1993).

Influence of Rheological Properties of Fluid and Semi Solid Foods on the

Performance of a Filler. Journal of Food Process Engineering. 16, 28 97304.

RAO, M. A., & TATTIYAKUL, J. (1999). Granule size and rheological behavior of

heated tapioca starch dispersions. Carbohydrate Polymers, 38, 123–132.

RAO, M.A., 2007. Rheology of Fluid and Semisolid Foods: Principles and

Applications. Springer, New York.

STEFFE, J. F. (1996). Rheological methods in food process engineering. 2 ed,

Michigan: Freeman Press, 428 p.

STEFFE, J. F., DAUBERT, C. R., (2006) Bioprocessing pipelines: rheology and

analysis. Freeman Press.

WISCHMANN, B., AHMT, T., BANDSHOLM, O., BLENNOW, A., YOUNG, N.,

JEPPESEN, L.,THOMESEN, L..(2007).Testing properties of potato starch from

different scales of isolation – A ring test. Journal of Food Engineering 79, 970–978.

85

CAPÍTULO 4

INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DA FARINHA DA CASCA E MALTODEXTRINA NA

MICROENCAPSULAÇÃO DA POLPA DO MARACUJÁ POR ATOMIZAÇÃO.

Artigo a ser submetido a revista: International Journal of Food Science and

Technology

C. B. FARIA, F. L. SCHMIDT

87

RESUMO

O processo de secagem de polpas de frutas por atomização (spray drying)

é dificultado pela presença de açúcares de baixo peso molecular e ácidos, que

reduzem a temperatura de transição vítrea (TG). Face a este problema, há uma

busca por materiais coadjuvantes de secagem que possam facilitar e contribuir

para a manutenção das propriedades das polpas de frutas. Neste trabalho o

objetivo foi avaliar a influência das variáveis do processo de secagem por

atomização sobre as propriedades físico-químicas da polpa do maracujá em pó

obtida com adição da farinha da casca do maracujá (FCM). Para isto foi utilizado

atomizador de escala laboratorial e como agentes carreadores a maltodextrina

10DE (Dextrose Equivalente) e a FCM em diferentes concentrações. Foi feito um

delineamento composto central rotacional 23, com 3 pontos centrais, totalizando

17 ensaios. As variáveis independentes foram a temperatura do ar de secagem

(163 a 197°C), a vazão volumétrica de alimentação (340 a 540 mL/h) e a

concentração dos agentes carreadores (0%:100% a 15%:85% FCM :

maltodextrina). As respostas analisadas foram a densidade aparente (mg/cm3),

umidade (%), teor de ácido ascórbico (mg/100g), tempo de dissolução (s) e

higroscopicidade (%) do pó e rendimento do processo (%). A concentração de

FCM e a temperatura foram as variáveis que mostraram maior influência sobre a

umidade final e a densidade aparente das partículas. A vazão e a concentração do

agente carreador contribuíram para a retenção do ácido ascórbico, redução da

umidade, tempo de dissolução e higroscopicidade no pó obtido. A concentração

do coadjuvante de secagem contribuiu para o aumento do rendimento do

processo. Em relação à morfologia, as superfícies dos pós obtidos a 170°C se

apresentaram rugosas, sendo observada a aglomeração das partículas maiores

com menores e a presença de fibras. Os pós produzidos a 190°C se apresentaram

mais enrugados e com menor quantidade de partículas pequenas. A melhor

condição de secagem escolhida foi: 190°C, vazão mássica de 500mL/h e

11,6%:88,4% FCM : maltodextrina como agente carreador. A análise sensorial

realizada demonstrou que o néctar produzido a partir da polpa encapsulada diferiu

apenas com relação ao aroma do néctar produzido a partir da polpa.

88

ABSTRACT

The pulp drying process by spray drying fruit is complicated by the presence of

low molecular weight sugars and acids, which reduce the glass transition

temperature (TG). Due to this problem, there is a search for supporting materials

that can facilitate drying and to contribute to the maintenance of the properties of

the fruit pulp. In this study the objective of evaluating the influence of the variables

of the spray drying process on the physico-chemical properties of the powder

passion fruit pulp obtained with the addition of passion fruit peel flour (FPFP). For

this we used a laboratory scale and atomizer used as carrier agents maltodextrin

10DE (dextrose equivalent) and PFPF at different concentrations. One central

composite rotational design was done 23, with three central points, totaling 17

trials. The independent variables were the temperature of the drying air (163-

197°C), the feed mass flow (340-540 ml/h) and the concentration of carrier agents

(0%: 100% to 15%: 85% FCM: maltodextrin). The responses were analyzed

apparent density (mg/cm3), the powder moisture content (%), ascorbic acid (mg /

100g), process efficiency (%) dissolution time (s), and hygroscopicity (%) of the

product end. The concentration of PFPF and the temperature were the variables

that showed a larger influence on the final moisture and bulk density of the

particles. The flow and the concentration of the carrier agent contributed to the

retention of ascorbic acid, reduced humidity, dissolution time and hygroscopicity in

the obtained powder. The concentration of adjuvant drying helped to increase the

process yield. The morphology of the surfaces of the powders at 170°C was

exhibited rough, being observed agglomeration of smaller and larger particles with

the presence of fibers. The powders produced at 190°C were more wrinkled and a

lower amount of small particles. The best drying condition was selected: 190°C,

mass flow of 500 mL/h and 11.6%: 88.4% FCM: maltodextrin as carrier agent.

Sensory analyses showed that the nectar produced from the pulp encapsulated

differ only with respect to the nectar flavoring produced from the pulp.

89

4.1. Introdução

A secagem por atomização é um processo que consiste basicamente na

atomização de um líquido em um compartimento que recebe o fluxo de ar quente,

de modo que a rápida evaporação da água permite manter baixa a temperatura

das partículas, permitindo a secagem de produtos sensíveis ao calor, sem afetar

demasiadamente sua qualidade (Ré, 1998). No entanto, a secagem por

atomização de suco de frutas é um processo bem complexo.

Sucos de frutas são muito sensíveis e facilmente afetados por diferentes

parâmetros de secagem, devido a presença de grande quantidade de açúcares

simples presentes, o que impossibilita a secagem por atomização de sucos de

frutas puros, devido a problemas de pegajosidade e termo plasticidade na câmara

de secagem (Rodriguez-Hernandez et al., 2005; Roustapour et al., 2006).

Durante várias décadas, a microencapsulação tem sido realizada para

auxiliar a secagem por pulverização e, além de ser amplamente utilizada na

indústria alimentar para outros fins, uma vez que é um método de baixo custo

(Gouin, 2004). Contudo, o agente de encapsulação não deve reagir com o núcleo.

Assim, os materiais mais comuns usados para microencapsulação por atomização

são gomas, carboidratos de baixo peso molecular como alguns amidos

modificados e maltodextrinas, gelatinas, celulose, lipídeos e proteínas de soja

(Gharsallaoui et al., 2007; Hogan et al., 2001a, b, c; Kim & Morr, 1996; Keogh et

al., 2001; Lin et al., 1995).

A maltodextrina é o agente encapsulante ou coadjuvante de secagem mais

utilizado para polpa de frutas. Gianfrancesco et al. (2010) propuseram um estudo

dinâmico computacional para simular a secagem de soluções aquosas contendo

40g/100g de maltodextrina e avaliar a influência da concentração em relação a

problemas com a viscosidade no processo de atomização. A fração de

coadjuvantes de secagem utilizados em polpas de frutas é normalmente na faixa

de 40 a 60% dos sólidos solúveis presentes, mas uma fração maior pode ser

utilizada. Contudo, esta adição é limitada pelos atributos sensoriais do produto

(Truong et al., 2005) e pelo custo. Deste modo, é importante a otimização da

90

quantidade destes coadjuvantes a serem adicionados para a produção de um

produto econômico com qualidade.

As propriedades físico-químicas dos pós obtidos por atomização dependem

de algumas variáveis de processo, tais como as características do líquido de

alimentação (viscosidade, teor de sólidos, taxa de alimentação) e do ar de

secagem (temperatura, pressão), como também do tipo e mecanismo de

funcionamento do atomizador. Assim, é importante que se faça uma otimização do

processo, a fim de se obter produtos com melhores características sensoriais e

nutricionais, bem como um melhor rendimento do processo.

No caso da polpa de maracujá, a secagem por atomização representa uma

alternativa interessante de conservação, uma vez que esta é uma fruta perecível e

que apresenta pigmentos e aromas bastante instáveis ao processamento e

estocagem. Sendo uma fruta produzida no Brasil, possui uma produtividade de 25-

20 toneladas por hectare (Embrapa, 2011). O maracujá é uma fruta rica em

vitamina C, vitaminas B1 e B2 e pró-vitamina A, β-carotenos, também minerais

como Potássio, Fósforo, Cálcio e Ferro, além de fibras.

A casca de maracujá, que representa 52% da composição mássica da fruta,

não deveria ser considerada como resíduo industrial, uma vez que suas

características e propriedades funcionais podem ser utilizadas para o

desenvolvimento de novos produtos (Medina, 1980). A casca do maracujá (parte

branca) é rica em pectina, niacina (vitamina B3), ferro, cálcio, e fósforo. Em

humanos, a niacina atua no crescimento e na produção de hormônios, assim

como previne problemas gastrointestinais. Os minerais atuam na prevenção da

anemia (ferro), no crescimento e fortalecimento dos ossos (cálcio) e na formação

celular. Quanto à composição de fibras, a casca do maracujá constitui produto

vegetal rico em fibra solúvel (pectinase mucilagens), benéfica ao ser humano

(Córdova et al., 2005).

Uma forma de aproveitamento da casca do maracujá é sob a forma de

farinha, na qual as fibras são mantidas e há um maior teor de minerais e proteínas

presentes. O uso desta farinha, como um coproduto depende da disponibilidade

de uma tecnologia adequada, podendo ser convertido em produtos comerciais,

91

quer como matéria-prima para os processos secundários (alimentos intermédios

ingredientes), como fontes de operação ou como ingredientes para novos

produtos (Sánchez-Zapata et al., 2011).

Nesta vertente se propôs neste trabalho o estudo da utilização da FCM em

substituição a maltodextrina no processo de microencapsulação da polpa do

maracujá seca por atomização. Foi realizado um planejamento estatístico como o

objetivo de otimizar a melhor concentração de FCM a ser utilizada, avaliando o

comportamento reológico das soluções, a morfologia e distribuição do tamanho

das partículas obtidas neste processo.

A polpa de maracujá encapsulada obtida com a melhor concentração de

FCM foi reconstituída na forma de néctar e foi realizada uma comparação

sensorial com o néctar produzido a partir da polpa natural do maracujá, de modo a

avaliar os efeitos do processo na aparência, sabor, aroma, doçura e impressão

global.


Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Frutas, Hortaliças e

Produtos Açucarados do Departamento de Tecnologia de Alimentos da Faculdade

de Engenharia de Alimentos da Unicamp. As análises sensoriais foram realizadas

no Laboratório de Análise Sensorial do mesmo departamento.

4.2.1. Matéria-prima

O suco de maracujá e a farinha da casca foram produzidos a partir de 90 kg

de maracujás (Passiflora edulcis) amarelos adquiridos no CEASA, Campinas/SP.

Os maracujás foram abertos manualmente. Em seguida foi realizado o

despolpamento em despolpadora de facas, modelo MDP-450, marca MAX

MACHINE, com peneira de 16 mesh para obtenção do suco, sendo adicionado a

92

este, para sua auxiliar sua conservação 1mg/kg de metabissulfito de sódio, sendo

armazenado congelado em sacos de polietileno (25x 38 x 0,05), em frações de

500 mL a -18°C até o momento dos testes. Foi retirada a película superficial da

casca e o albedo foi tratado de acordo com Matsuura et al., 2005, para retirada

dos compostos cianogênicos. A casca em pedaços de 2cm3 aproximadamente foi

imersa em água (1:5) a 100°C/ 30min, lavada com água a 40°C, cujo excesso foi

retirado da casca deixando-a escorrer por 10 min e então, seca em estufa Marconi

MA 035, com circulação de ar forçada a 80°C por 14 horas. Em seguida o material

foi triturado em moinho Tecnal, modelo TE-631/2 até mesh<65, tamanho próximo

ao da maltodextrina 10DE, Mor-Rex® 1910 fornecida pela empresa Corn Products

Brasil.

4.2.2. Preparo das amostras

Inicialmente a polpa de maracujá foi descongelada e a ela foi adicionado

maltodextrina e farinha da casca do maracujá (FCM) em diferentes proporções

conforme o planejamento estatístico descrito na Tabela 4.1. A mistura de polpa e

FCM foi homogeneizada no equipamento Turrax (T25 basic, IKA Labortechnik) a

800 rpm por 30 minutos em banho de gelo, mantendo a temperatura de 5 ±2°C.

Após a homogeneização, a mistura foi aquecida até 40°C.


O comportamento reológico das misturas preparadas com diferentes teores

da FCM e maltodextrina foi avaliado através da determinação das curvas de

escoamento, para todas as condições de entrada do produto no spray dryer.

As curvas de escoamento foram determinadas em reômetro digital com

geometria de cilindros coaxiais (Brookfield Programmable Rheometer - Modelo

DV- III, Massachusetts - EUA) com spindle SC4-27. Cada análise reológica foi

realizada em duas etapas consecutivas, sendo a primeira com taxa de deformação

93

crescente (subida) de 6,6 a 158s-1, em intervalos de 6,6 s-1, e outra decrescente

da mesma forma, a fim de avaliar a ocorrência de feitos tixotrópicos e comparar

suas diferenças. Um banho termostático de água foi utilizado para controle das

temperaturas aplicadas: 25 40, 60 e 80°C. Como não foram verificados efeitos

tixotrópicos, foi realizada uma média com os valores de subida e descida.

O comportamento reológico das misturas a serem alimentadas no

atomizador foi estudado através da determinação das curvas de escoamento a 25,

40, 60 e 80°C, em duplicata, utilizando-se uma nova amostra a cada ensaio.

Com base nos reogramas obtidos foram avaliados os comportamentos

reológicos das misturas da polpa de maracujá com diferentes concentrações de

maltodextrina e FCM.

4.2.4. Atomização e condições experimentais

A secagem por atomização ocorreu em equipamento BUCHII, modelo

B191, com bico injetor de 0,9 mm de diâmetro, fluxo de ar de 0,048 m3/h e

pressão de 4,5 bar. A alimentação do secador foi realizada através de uma bomba

peristáltica própria do equipamento, com velocidade de rotação ajustável. As

temperaturas de secagem e vazões volumétricas utilizadas estão descritas na

Tabela 4.1. A temperatura de saída do ar foi monitorada, observando-se sua

variação em função dos parâmetros adotados na alimentação do secador e das

características do produto.

Os ensaios foram realizados de acordo com um delineamento composto

central rotacional 23 completo. As variáveis independentes foram: temperatura do

ar de secagem, vazão volumétrica de alimentação da mistura e concentração do

agente carreador (FCM e maltodextrina). As variáveis de resposta avaliadas no

planejamento foram: densidade aparente, teor de ácido ascórbico, umidade do pó,

rendimento do processo, tempo de dissolução e higroscopicidade do pó. As

Tabelas 4.1 e 4.2 apresentam os valores das variáveis independentes codificadas

e os ensaios realizados para o planejamento experimental, respectivamente.

94

A maltodextrina foi adicionada de acordo com o teor de sólidos presentes

na polpa de maracujá (12g a cada 100g), obtendo assim a proporção de 1:1

maltodextrina: sólidos da fruta. No planejamento foi realizada sua substituição de 0

a 15% pela FCM.

Tabela 4.1 – Variáveis independentes codificadas do delineamento estatístico aplicado.

Variáveis -1,68 -1 0 +1 +1,68

Agente carreador –%FCM:%maltodextrina

0,0 3,33 7,50 11,66 15

Temperatura (°C) 163 170 180 190 197

Vazão volumétrica (mL/h)

340 400 440 500 540

Tabela 4.2 – Planejamento estatístico da microencapsulação da polpa de maracujá com adição de maltodextrina e FCM.

Ensaios Concentração de agente

carreador

%FCM:%maltodextrina

Temperatura

(°C)

Vazão volumétrica

(mL/h)

1 3,33 170 400

2 11,66 170 400

3 3,33 190 400

4 11,66 190 400

5 3,33 170 500

6 11,66 170 500

7 3,33 190 500

8 11,66 190 500

9 0,0 180 440

10 15,0 180 440

11 7,5 163 440

12 7,5 197 440

13 7,5 180 340

14 7,5 180 540

15 7,5 180 440

16 7,5 180 440

17 7,5 180 440

95

A análise de Variância (ANOVA), o teste de falta de ajuste (teste F), a

determinação dos coeficientes de regressão e a obtenção das superfícies de

resposta foram realizadas com o auxílio do software Statistica 7.0 (StatSoft, Tulsa,

EUA).

Avaliou-se também a morfologia e o tamanho das partículas das amostras

produzidas em diferentes temperaturas e com diferentes concentrações de FCM e

maltodextrina.

4.2.4.1. Análises físico- químicas realizadas

Aos pós obtidos no planejamento estatístico foram realizadas as seguintes

análises físico-químicas:

Teor de ácido ascórbico:

Teor de ácido ascórbico: segundo metodologia da A.O.A.C. (1984) n.

43046, modificada por (Benassi, 1990);

Tempo de dissolução:

A determinação do tempo de dissolução da amostra foi realizada seguindo-

se a metodologia descrita por Omobuwajo et al. (2000). Esta técnica consiste na

quantificação do tempo necessário para a total dissolução de 1 g de amostra em

100 mL de água destilada num béquer de 250 mL, sob nível de agitação constante

igual a 5 (Agitador magnético, marca FISATOM, modelo 753, Brasil), a uma

temperatura de 20 °C. As análises foram conduzidas em triplicata.

96

Umidade:

Foi obtido pela diferença 100 – ST (sólidos totais ou resíduos secos); o

resíduo seco foi determinado segundo metodologia da A.O.A.C. (2006), em estufa

(Vwr cientific product, 1400E) sob vácuo à temperatura de 70°C/ 24 horas;

Densidade Aparente:

A densidade aparente (ρap) do pó foi obtida por método gravimétrico,

fazendo-se a pesagem da amostra contida em uma proveta de 25 mL, em

ambiente com temperatura de 20°C. O preenchimento da proveta, com a amostra,

foi realizado lentamente, por meio de um funil evitando-se a compactação da

mesma, o que influenciaria no valor obtido da densidade. A calibração das

provetas, quanto ao volume real, foi realizada com água destilada, na mesma

temperatura. Estes testes foram realizados em triplicata.

Higroscopicidade:

A higroscopicidade foi determinada de acordo com a metodologia proposta

por Cai e Corke (2000), com algumas modificações. Colocou-se cerca de 1g de

cada amostra em um recipiente hermético contendo uma solução saturada de

NaCl (umidade relativa de 75,29% e aw de 0,753) a 25°C e após uma semana, as

amostras foram pesadas em triplicata na balança analítica e a higroscopicidade foi

expressa como g de umidade adsorvida por 100g de massa seca da amostra

(g/100g).

Rendimento:

O rendimento foi calculado pela diferença percentual entre o teor de sólidos

totais da mistura da polpa do maracujá com a maltodextrina e farinha da casca do

maracujá, pela quantidade de pó obtida no final da secagem.

97

4.2.5. Morfologia

O estudo da morfologia das partículas foi realizado através da microscopia

eletrônica de varredura (MEV), no Laboratório de Biologia molecular (Instituto de

Biologia – Unicamp).

Para preparação das amostras, utilizou-se stubs, cilindro metálico de 10,0

mm de diâmetro e 1,0 cm de altura. Uma fita adesiva dupla face foi fixada na

superfície do cilindro e a amostra foi colocada diretamente sobre a fita adesiva e o

excesso foi retirado. O recobrimento da amostra foi realizado no evaporador

Balzer, modelo SCDS 50, que continha uma target de ouro onde se trabalhou com

uma corrente de 40 mA, por 180 s, o que gerou um fino filme de ouro de

aproximadamente 19 nm de espessura.

A microscopia foi realizada em microscópio eletrônico de varredura JEOL,

modelo JSM-T300, com condições de operação aceleração de voltagem de 10 e

20 KV, e o aumento observado variou de 2000 até 5000 vezes.

4.2.6. Distribuição do tamanho de partículas

A distribuição do tamanho das partículas foi determinada em um aparelho

com difração a laser (Laser Scattering Spectrometer Mastersizer S, modelo MAM

5005 – Malvern Instruments Ltda., U. K.), disponível no Laboratório de Processos

(Faculdade de Engenharia de Alimentos - Unicamp), utilizando isopropanol como

líquido sedimentador, uma vez que a solubilização das partículas não ocorre neste

líquido. Um ultrassom acoplado ao equipamento foi utilizado para aumentar a

dispersibilidade da amostra. O diâmetro médio foi determinado com base no

diâmetro médio de uma esfera de mesmo volume (diâmetro de Brouckere, D[4,

3]), geralmente utilizado para caracterizar partículas de pó. Para essa análise,

uma pequena quantidade (aproximadamente 0,5 g) do produto foi dispersa em

isopropanol e submetida a 3 leituras de distribuição do tamanho de partículas.

98

4.2.7. Análise Sensorial

Foram preparados dois néctares de maracujá, um a partir da polpa natural e

outro da polpa microencapsulada com adição da FCM, de modo a se obter em

ambos 1,5°Brix de sólidos da fruta em solução aquosa, com posterior adição de

sacarose comercial até 12°Brix.

A análise sensorial foi realizada com 100 provadores através de um teste

de aceitação, onde foi avaliada a aceitação dos dois néctares de maracujá e se

verificou a diferenças entre eles, usando a escala hedônica estruturada de 9

pontos, que variam de 1- Desgostei extremamente a 9 – Gostei extremamente. Os

atributos avaliados foram: aparência, aroma, sabor, cor e impressão global do

produto. Também foi aplicado o Teste de Atitude de Compra para cada produto

avaliado, usando escala estruturada de 5 pontos (1 = certamente não compraria; 3

= talvez compraria / talvez não compraria; 5 = certamente compraria). (Meilgaard

et al, 1987).

A quantidade de 30 mL de cada amostra foi apresentada aos

consumidores, à temperatura de 10 a 15ºC, em copos plásticos de 50mL,

previamente codificados com números aleatórios de três dígitos. A ordem da

apresentação das amostras seguiu um delineamento em blocos completos

casualizados.

Os resultados coletados na análise sensorial foram analisados por meio do

programa estatístico SAS 9.1 Copyright (2002-2003 by SAS Institute Inc., Cary,

NC, USA), onde por meio do teste “tukey” as diferenças entre os dois néctares

foram avaliadas.

99

4.3. Resultado e Discussão

4.3.1. Caracterização da matéria-prima

A composição química centesimal da polpa de maracujá utilizada nos

ensaios de secagem encontra-se na Tabela 4.3. Os dados apresentados

correspondem à média de no mínimo três determinações, com seu desvio padrão.

Tabela 4.3 - Composição química centesimal da polpa de maracujá pura.

Componentes Média ±Desvio Padrão

Cinzas (%) 0,549±0,015

Lipídeos (%) 0,152±0,003

Proteína (%) 0,964±0,012

Umidade (%) 86,080±0,025

Ácido ascórbico (mg/100g) 12,138±0,666

Açúcar redutor (%) 3,265±0,636

Açúcar total (%) 13,025±0,304

Brix 11,900±0,020

pH 3,000±0,000

Acidez média (%) 3,350±0,020

Os resultados da composição da polpa de maracujá mostra que o fruto se

encontrava maduro pelos valores de Brix, acidez, pH e açúcares redutores e totais

presentes. Os maiores desvios padrões encontrados foram nas análises de

açúcares redutores e ácido ascórbico da amostra.

A vitamina C (ácido ascórbico) é uma vitamina instável, sendo que diversos

fatores são capazes de causar a sua degradação: meio alcalino, oxigênio, calor,

ação da luz, metais (Fe, Cu, Zn) e a enzima oxidase do ácido ascórbico (Oliveira

et al., 1999). A amostra apresentou maior teor de vitamina C que os valores

encontrados por Gomes et al (2006), que variaram de 9,78 a 12,67mg/100g. A

100

variação pode ser devido ao fruto utilizado estar maduro e a amostra ter sido

congelada.

Alguns frutos, como o maracujá, possuem como reserva de carboidratos o

amido durante seu desenvolvimento. Com o decorrer da maturação e

desenvolvimento do fruto este amido é degradado em glicose para ser utilizado no

processo de síntese de sacarose (Silva et al., 2007). Desse modo, a oscilação dos

valores de açúcares redutores (desvio padrão), que foram mensurados com base

na concentração de glicose, possivelmente foi devido à degradação do amido

presente.

Em frutas que apresentam em sua composição, uma acidez elevada e

baixo pH, em presença de calor, os ácidos presentes podem reagir com

carboidratos presentes, causando sua degradação em compostos de menor peso

molecular, ou convertendo parte deles em compostos tais como hydroxi-metil

furfural, pigmentos ou compostos voláteis (Fennema, 1997). Este processo leva à

perda do aroma, modificação de sua cor e dificulta os processos de secagem,

sendo necessária a adição de coadjuvantes de secagem.


Houve pré-testes com adição somente da FCM para secagem, mas a

adição da mesma aumentou muito a viscosidade, causando entupimento do bico

atomizador, sendo necessária sua redução e adição de outro agente carreador de

secagem, sendo escolhida a maltodextrina 10DE. A concentração máxima de

FCM a ser adicionada em substituição a maltodextrina foi definida por meio do

estudo do comportamento reológico, realizado em experimentos anteriores.

Para avaliar a influência da substituição da maltodextrina pela FCM no

processo de atomização, foi realizado o levantamento do comportamento

reológico das soluções definidas por meio do delineamento experimental.

A mistura da polpa de maracujá com diferentes concentrações de

maltodextrina e FCM fez com que as curvas apresentassem comportamento

pseudoplástico. As Figuras 4.1, 4.2, 4.3 e 4.4 apresentam as curvas de

101

escoamento (tensão pela deformação) correspondentes à média entre descida e

subida, obtida para as misturas preparadas nas 5 diferentes concentrações de

maltodextrina e FCM. As curvas da viscosidade aparente pela taxa de deformação

se encontram no Anexo.


concentrações de FCM e maltodextrina a 25°C.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Ten

são

(P

a)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,6% FCM

15% FCM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Ten

são

(P

a)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,6% FCM

15% FCM

102





Como estudado em trabalhos anteriores, a polpa de maracujá com adição

da maltodextrina e FCM apresentou um comportamento pseudoplástico. O

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Ten

são

(P

a)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,6% FCM

15% FCM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Ten

são

(P

a)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,66% FCM

15% FCM

103

aumento da concentração de FCM na solução causou uma elevação na tensão de

cisalhamento a uma mesma taxa de deformação.

Com o aumento da temperatura houve uma redução da tensão de

cisalhamento, principalmente a 60°C e 80°C, aproximando as curvas, como

observados nas Figuras 4.3 e 4.4. O que demonstra que o escoamento da polpa

de maracujá com FCM se torna mais fácil quando submetido a temperaturas

maiores.

Para avaliar o comportamento da viscosidade em função da concentração

de maltodextrina, foram considerados os valores experimentais da viscosidade

aparente correspondentes à taxa de deformação de 100s-1 (Nindo et al., 2007;

Gricelmo-Miguel, Ibarz-Ribas e Martín-Belloso, 1999; Steffe, 1996). A Figura 4.5

apresenta um gráfico que relaciona a viscosidade aparente a esta taxa de

deformação, com a concentração de FCM adicionada.

Figura 4.5. Viscosidade da polpa de maracujá em função da concentração de

FCM.

Através da Figura 4.5, observa-se que a viscosidade aparente (η) da

mistura (M): polpa de maracujá, maltodextrina e FCM; apresentou um aumento

exponencial com o aumento da concentração da FCM. A dependência da

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

s-1)

Concentração de FCM (%)

25°C

40°C

60°C

80°C

104

viscosidade em relação à concentração da FCM nas temperaturas de 25, 40, 60 e

80°C, podem ser representadas respectivamente pelos modelos apresentado nas

equações 4.0, 4.1, 4.2 e 4.3.

η25= 18,065 x M0, 0959 Equação 4.0

η40 = 14,106 x M0, 0971 Equação 4.1

η60 = 10,381 x M0, 0959 Equação 4.2

η80 = 8,824 x M0, 0867 Equação 4.3

4.3.3. Análise estatística

O resultado do método de secagem por atomização depende fortemente

das propriedades de alimentação e as configurações do equipamento utilizado. A

combinação dos efeitos da temperatura, vazão e concentração e tipo do agente

carreador, afeta os parâmetros do produto final obtido. Em vista disto,

procedimentos estatísticos com intuito de otimizar o processo para a obtenção da

polpa seca do maracujá foram requeridos.

O planejamento estatístico descrito no item 4.2.4, teve como objetivo avaliar

a influência das variáveis: temperatura do ar de secagem, vazão mássica da

mistura e concentração de agente carreador, principalmente da substituição da

maltodextrina pela FCM, sobre as respostas de: rendimento do processo,

umidade, densidade aparente, tempo de dissolução e teor de ácido ascórbico. Os

resultados estão apresentados na Tabela 4.4, juntamente com a temperatura de

saída do produto para cada ensaio.

Na Tabela 4.5 está descrita a análise estatística, onde estão os resultados

dos cálculos dos efeitos das variáveis independentes sobre as respostas

estudadas e a significância estatística (p).

105

Os valores dos efeitos estimados indicam quanto cada fator influencia na

resposta estudada. Um efeito positivo indica que ao passar de um valor mínimo a

um valor máximo da variável, a resposta aumenta, enquanto um efeito negativo

indica o contrário.

O valor do coeficiente p está relacionado ao nível de significância da

variável independente sobre a resposta em estudo. Normalmente, é escolhido

como intervalo de confiança o valor de 95% ou 90%. Sendo assim, pode-se

afirmar que para valores de p inferiores a 5% a variável é considerada

estatisticamente significativa. Caso contrário, é considerada não significativa.

A adição de FCM influenciou significativamente a densidade aparente,

umidade, teor de ácido ascórbico, rendimento, tempo de dissolução e a

higroscopicidade dos pós obtidos no atomizador.

106

Tabela 4.4 - Resultados das análises de resposta do planejamento estatístico.

Ensaios Densidade

Aparente

(mg/cm3)

Umidade (%)

Teor de ácido

ascórbico

(mg/100g)

Rendimento (%) Tempo de

dissolução (s)

Higroscopicidade

(g/100g)

Temperatura de

Saída (°C)

1 266,61 1,81 257,05 40,89 2,73 14,27 104

2 304,29 1,62 252,85 37,16 3,70 13,58 105

3 240,10 2,59 186,96 33,72 2,36 14,32 122

4 256,77 2,76 291,04 32,63 3,91 13,59 120

5 231,61 2,17 248,47 35,39 2,02 13,43 100

6 282,81 2,86 278,50 31,74 2,31 13,74 103

7 209,08 0,99 265,70 39,19 1,52 13,18 118

8 227,98 1,29 286,59 38,72 2,42 12,98 117

9 260,16 2,24 248,04 44,27 1,30 14,12 104

10 311,50 1,39 278,24 36,00 2,30 12,84 118

11 254,69 2,23 282,52 35,70 2,61 13,83 105

12 235,61 1,93 274,30 35,66 3,60 14,40 120

13 253,94 2,27 248,48 33,72 1,64 14,51 121

14 263,61 2,08 280,14 34,48 1,62 14,28 104

15 244,53 2,80 282,78 34,05 3,24 13,47 112

16 259,43 2,94 278,24 35,47 3,60 13,30 110

17 248,74 2,74 284,38 35,70 3,88 13,58 115

107

Tabela 4.5 - Coeficientes (C) de regressão e análise estatística (valor p) do planejamento estatístico.

Fator Densidade

Aparente (mg/cm3)

Umidade

(%)

Ácido ascórbico

(mg/100g)

Rendimento (%) Tempo de

dissolução (s)

Higroscopicidade

(g/100g)

C p C p C p C p C p C p

Média 251,6473 0,0003 2,8243 0,0004 282,4075 0,0000 35,1089 0,0002 3,5435 0,0027 3,5435 0,0027

Concentração

da FCM (L) 30,8700 0,0176 -0,0673 0,3493 29,5222 0,0033 -3,3460 0,0202 0,7904 0,0450 -0,5071 0,0209

Concentração

da FCM (Q) 19,5511 0,0506 -0,6991 0,0075 -17,3796 0,0117 3,3334 0,0245 -1,0194 0,0334 -0,1533 0,2026

Temperatura

do ar (L) -26,8698 0,0231 -0,1954 0,0721 -2,9881 0,2251 -0,1446 0,7932 0,1626 0,4479 -0,0002 0,9980

Temperatura

do ar (Q) -9,2140 0,1816 -0,5117 0,0139 -6,5821 0,0739 0,1833 0,7634 -0,0978 0,6597 0,2956 0,0691

Vazão

volumétrica (L) -14,6486 0,0719 -0,2620 0,0421 21,1770 0,0065 0,2809 0,6201 -0,6564 0,0634 -0,4119 0,0312

Vazão

volumétrica

(Q)

0,4203 0,9351 -0,4445 0,0183 -16,5523 0,0128 -0,9339 0,2214 -1,1420 0,0268 0,4923 0,0266

Concentração

X Temperatura -13,3275 0,1335 -0,0075 0,9271 24,7850 0,0081 1,4550 0,1478 0,2975 0,3201 -0,1326 0,3063

Concentração

X Vazão 3,9375 0,5438 0,2525 0,0736 -12,2400 0,0322 0,1750 0,8078 -0,3308 0,2822 0,3829 0,0590

Temperatura

X Vazão -0,8325 0,9483 -1,1675 0,0038 14,3050 0,0239 5,6200 0,0124 -0,0608 0,8137 -0,2687 0,1100

(*) Fatores em negrito apresentam significância a p≤ 0,05.

(L) Coeficiente linear (Q) Coeficiente Quadrático

108

A densidade aparente do pó pode indicar seu grau de compactação, que é

influenciado pelo tamanho das partículas e como estão distribuídas. Como os

sucos em pó possuem uma baixa TG (Temperatura de Transição Vítrea), o pó

tende a se compactar mais facilmente, o que influencia sua densidade. A

concentração de FCM adicionada foi o principal fator a influenciar este parâmetro

apresentando efeito significativo tanto linear quanto quadrático (p<0,05),

mostrando que seu aumento causa elevação na densidade aparente final do pó.

A temperatura também influencia na secagem, indicando que seu aumento

linear acarreta diminuição na densidade aparente do pó. O aumento linear da

vazão foi considerado significativo a p<0,10, sendo considerada uma importante

variável. O aumento da vazão reduz a temperatura de saída do spray e também

tende a diminuir a ação do calor sob as partículas na câmara de secagem,

evitando que haja uma secagem muito rápida da superfície da partícula e, com

isto, a retenção de umidade em seu interior, que com o tempo tenderia a migrar

para a superfície e ocasionaria o colapso das partículas do pó obtido.

As Figuras 4.6 a, b mostram a superfície de resposta gerada através do

modelo proposto para a densidade aparente. A superfície mostra que a densidade

tende a aumentar com concentrações de FCM maiores que 11,6%, temperaturas

acima de 180°C e vazões acima de 440 mL/h. No entanto a 11,6%FCM, nas

temperaturas entre 170 a 193°C e vazões acima de 380 mL/h, a densidade

aparente do pó é menor, ficando no intervalo de 260 a 280 mg/cm3.

340

320

300

280

260

240

220

340 320 300 280 260 240 220

0,0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15

CONCENTRAÇÃO FCM (%)

163

166

170

175

180

185

190

193

197

TE

MP

ER

AT

UR

A (

°C)

(a)

109

Figura 4.6. Superfícies de resposta para densidade aparente, relacionando:

(a) temperatura × concentração de FCM; (b) vazão × concentração de FCM.

A umidade é um importante parâmetro que afeta a qualidade final e ao

longo do tempo é responsável pelo fenômeno de “caking” ou pegajosidade do pó.

O uso de temperaturas mais altas implica num maior gradiente de temperaturas

entre o produto atomizado e o ar de secagem, acarretando numa maior

transferência de calor e, consequentemente, uma maior evaporação de água do

produto, resultando em umidades finais do produto mais baixas (Rattes & Oliveira,

2007). A umidade residual também é influenciada pela temperatura de saída no

atomizador, pois o resfriamento lento da partícula também contribui para a

redução da umidade.

No delineamento estatístico, a concentração da FCM, a temperatura e a

vazão volumétrica tiveram influência significativa (p<0,05) reduzindo a umidade

final do pó. A vazão foi o fator que mais influenciou a redução da umidade, tanto

na função linear quanto quadrática, juntamente com o aumento quadrático tanto

da temperatura quanto da FCM. Pelos resultados apresentados nos ensaios e a

média obtida (2,8243%) se pode considerar que houve sucesso no processo de

secagem.

As Figuras 4.7 a, b, c mostram a superfície de resposta gerada através do

modelo proposto para o comportamento da umidade. O ponto com maior umidade

se dá próximo ao ponto médio das variáveis independentes (7,5% FCM, 180°C e

320 300 280 260 240

320 300 280 260 240

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15

CONCENTRAÇÃO FCM (%)

340

380

400

420

440

470

500

520

540

VA

ZÃ

O (

ml/h

)

(b)

110

440 mL/h). As menores umidades dos pós, próximas a 2%, são indicadas na

Figura 4.7 (a) em vazões abaixo 400 mL/h ou acima de 500 mL/h e em

concentrações de FCM abaixo de 3,33% e acima de 11,6%. Na Figura 4.6 (b) a

temperatura indicada para a obtenção de uma menor umidade se dá abaixo de

170°C e acima de 190°C. A Figura 4.7 (c) que relaciona a temperatura com a

vazão, também demonstra que as menores umidades no pó obtido podem ocorrer

tanto à baixa temperatura e baixa vazão, quanto à alta temperatura e alta vazão.

Estes resultados vêm de encontro ao coeficiente das respostas obtidas na

Tabela 4.5, mostrando que a temperatura utilizada na secagem no atomizador é

dependente da vazão volumétrica aplicada e que seus valores influenciam

significativamente o pó obtido.

2,5

2

1,5

1

2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15

CONCENTRAÇÃO DE FCM (%)

340

380

400

420

440

470

500

520

540

VA

ZÃ

O (

mL/

h)

(a)

2,5

2

1,5

1

0,5

2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15


163

166

170

175

180

185

190

193

197

TE

MP

ER

AT

UR

A (

°C)

(b)

111

Figura 4.7. Superfícies de resposta para umidade, relacionando: (a) vazão ×

concentração de FCM; (b) temperatura × concentração de FCM; (c) vazão x

temperatura.

No processo de secagem por atomização é normal à perda de ácido

ascórbico (vitamina C) devido a sua instabilidade em presença do calor. O

aumento da concentração da FCM e a vazão mássica tiveram influência

significativa na retenção do ácido ascórbico. O aumento quadrático da vazão teve

influência negativa, assim como o aumento quadrático da concentração da FCM, o

que indica que ambas as variáveis não conseguiram conservar a vitamina no

processo de secagem. No entanto levando em consideração apenas a

temperatura x concentração de FCM, a conservação da vitamina foi significativa,

indicando que a presença da FCM ajuda em sua conservação na presença de

calor. A vazão x temperatura está ligada à temperatura de saída do equipamento e

também à redução da umidade final no pó obtido, pois o aumento da primeira leva

a uma menor ação da temperatura sob a partícula formada levando à conservação

da vitamina e a baixa umidade contribui para a retenção de nutrientes em produtos

desidratados (Righetto, 2003).

Apesar do baixo rendimento, em torno de 30%, a adição de FCM foi

significativa, indicando que seu aumento está ligado a maior concentração de

3 2 1 0 -1

3 2 1 0 -1

163 166 170 175 180 185 190 193 197

TEMPERATURA (°C)

340

380

400

420

440

470

500

520

540

VA

ZÃ

O (

mL/h

)

(c)

112

FCM, que indica que os sólidos presentes tendem a interagir com as fibras

presentes e com isto aumentando a quantidade de polpa em pó obtida. No entanto

esta quantidade de FCM possui um limite, pois a alta concentração de FCM tende

a aumentar a viscosidade da solução e com isto acarretar um declínio no

rendimento, como pode ser percebido pelo coeficiente linear negativo apresentado

na Tabela 4.5 (-3,3460%). Este parâmetro está associado à dispersão conseguida

pelo atomizador na câmara de secagem.

A alta viscosidade pode acarretar o entupimento do equipamento ou o

gotejamento da amostra. A interação entre a temperatura e a vazão também foi

significativa no aumento do rendimento da secagem.

As Figuras 4.8 a, b, mostram a superfície de resposta gerada através do

modelo proposto para o rendimento do processo de secagem. Na Figura 4.8 (a)

pode-se notar que a variável é dependente principalmente da concentração da

FCM, o que vem de encontro aos resultados obtidos na Tabela 4.5. A Figura 4.8

(b) mostra que os maiores rendimentos se dão em temperaturas abaixo de 175°C

com vazões menores que 440 mL/h e temperaturas acima de 90°C e vazões

acima de 470 mL/h.

44 42 40 38 36

44 42 40 38 36

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15


163

166

170

175

180

185

190

193

197

TE

MP

ER

AT

UR

A (

°C)

(a)

113

Figura 4.8. Superfícies de resposta para rendimento, relacionando:

(a)temperatura × concentração de FCM; (b) vazão × temperatura.

A temperatura utilizada na câmara de secagem se for muito elevada, pode

ocasionar a contração desta, e deste modo não propiciar a formação de poros na

estrutura, o que causa uma menor molhabilidade do pó e aumento do seu tempo

de dissolução. No entanto, pelo planejamento estatístico, a temperatura não

apresentou efeito significativo sobre este parâmetro.

O coeficiente quadrático da concentração de FCM foi significativo a p<0,05,

apresentando valor negativo (-1,0194s), indicando que seu aumento reduz o

tempo de dissolução da partícula. Este efeito pode ser devido à fibra da FCM ser

porosa e esta se manter assim após a secagem. Deste modo o aumento da

concentração de FCM tende a reduzir o tempo de dissolução, mas apenas até

certo ponto, pois o coeficiente linear, que também foi significativo, tende este

tempo.

As vazões volumétricas tanto lineares, quanto quadrática, apresentaram um

efeito negativo significativo sobre o tempo de dissolução. O aumento da vazão

pode ter contribuído para a formação de gotículas menores, o contribui para a

45

40

35

30

25

44 40 36 32 28 24

163 166 170 175 180 185 190 193 197

TEMPERATURA (°C)

340

380

400

420

440

470

500

520

540

VA

ZÃ

O (

ml/h

)

(b)

114

redução de sua molhabilidade e aumento do tempo de dissolução, pois segundo

Vissotto et al. (2006), durante a reconstituição de um alimento em pó, quando as

partículas finas entram em contato com o meio de dissolução, ocorre à formação

de uma camada hidrofóbica que impede que o líquido solubilizante penetre.

A Figura 4.9 mostra a superfície de resposta gerada através do modelo

proposto para o tempo de dissolução com relação à vazão e a concentração de

FCM. O maior tempo de dissolução se dá aproximadamente entre 5,4 a

11,6%FCM e 400 a 460 mL/h.

Figura 4.9. Superfícies de resposta para tempo de dissolução, relacionando

vazão × concentração de FCM.

A higroscopicidade constitui-se em uma das propriedades de maior

importância para determinar a vida útil e a estabilidade de estocagem de produtos

em pó. Quando este tipo de produto é estocado acima de uma atividade de água

crítica definida, as partículas se tornam coesivas e mudam seu estado de pó para

um estado pegajoso. Este fenômeno é conhecido como pegajosidade e tem

grande importância em alimentos secos, principalmente os que são ricos em

açúcares (Boonyai et al., 2004).

3

2

1

0

-1

-2

3 2 1 0 -1 -2

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15


340

380

400

420

440

470

500

520

540V

AZ

ÃO

(m

l/h

)

115

A concentração da FCM teve efeito significativo na redução linear da

higroscopicidade dos pós obtidos no delineamento estatístico. Apesar da

temperatura não ter apresentado efeito significativo (p<0,05), ela foi considerada

significativa, pois é uma variável de grande influência neste parâmetro, pois possui

grande efeito na higroscopicidade e termo plasticidade de açúcares (baixa TG),

especialmente frutose e glicose, levando a formação de uma massa plástica que

conduz à pegajosidade. O depósito destas partículas sobre a superfície do

equipamento acarreta em baixo rendimento do processo e problemas operacionais

frequentes, como interrupções e dificuldade de manuseio do produto (Adhikari et

al., 2003).

A vazão apresentou efeito significativo quadrático no aumento da

higroscopicidade (0,4923 g/100g). O aumento desta variável leva a uma menor

temperatura de saída do atomizador, no entanto esta redução não é suficiente

para que se tenha uma redução na higroscopicidade do pó obtido.

As Figuras 4.10 a, b descrevem as superfícies de resposta geradas através

do modelo proposto para a higroscopicidade. Ambas as figuras mostram que os

menores valores de higroscopicidade são encontrados a temperaturas abaixo de

190°C com concentrações próximas a 3%FCM, ou temperaturas acima de 165°C

e concentrações acima de 13%FCM. Apesar da interação da concentração x

vazão apresentar interação significativa, a Figura 4.10(b) não mostra que a

higroscopicidade é mais afetada pela concentração de FCM do que pela vazão

aplicada.

116

Figura 4.10. Superfícies de resposta para Higroscopicidade, relacionando:

(a)temperatura × concentração de FCM; (b) vazão × concentração de FCM.

Os modelos matemáticos codificados obtidos a partir dos coeficientes

significativos dos parâmetros estudados estão na Tabela 4.6, juntamente com os

valores de F calculados nas ANOVAS (em Anexo). Eliminando-se os fatores não-

significativos, verificou-se a significância da regressão e da falta de ajuste em

relação a 95% de confiança (p≤0,05), através do teste F, na análise de variância

13,8

13,6

13,4

13,2

13

13,8 13,6 13,4 13,2 13

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15


163

166

170

175

180

185

190

193

197

TE

MP

ER

AT

UR

A (

°C)

(a)

13,8

13,7

13,6

13,5

13,4

13,3

13,2

13,8 13,7 13,6 13,5 13,4 13,3 13,2

0 2 3,3 5,4 7,5 9,5 11,6 13,3 15


340

380

400

420

440

470

500

520

540

VA

ZÃ

O (

ml/h

)

(b)

117

(ANOVA), no qual estão representadas as variáveis: Concentração de FCM

(FCM), Temperatura (T) e Vazão Volumétrica (V). O Ftabelado (5,2) para a falta de

ajuste é de 19,30.

Tabela 4.6 - Modelos matemáticos obtidos no planejamento estatísticos dos parâmetros de resposta.

Parâmetros Equações Freg Faj Ftab R2

Densidade

aparente (mg/cm3)

251,6473+30,87FCM+19,5511FC

M2-26,8698T-14,6486V 6,89 6,88 4,74 80,04

Umidade

(%)

2,8243-0,6990FCM2-0,5117T2-

0,2620V-0,4445V2-1,1675TV 15,61 11,27 6,26 89,05

Ácido ascórbico

(mg/100g)

282,4075+29,5222FCM-

17,3796FCM2+21,177V-

16,5523V2+24,785FCMT-

12,24FCMV+14,305TV

31,57 46,38 238,88 76,52

Rendimento

(%)

35,1089-

3,3460FCM+3,3334FCM2+5,62TV 16,15 1,77 8,94 90,54

Tempo de

dissolução (s)

3,5435+0,7904FCM-1,0194FCM2-

0,6564V-1,1420V2 24,54 4,66 5,19 78,84

Higroscopicidade

(g/100g)

3,5435-0,5071FCM+0,2956T2-

0,4119V+0,4923V2+0,3829FCMV 8,72 12,01 6,26 72,17

(*) Freg – Fregressão; Faj – Fajuste; Ftab – Ftabelado.

Os modelos matemáticos apresentaram regressão significativa ao nível de

95% de confiança (Freg superior ao Ftab) e falta de ajuste não significativa no

mesmo nível de confiança (Faj inferior ao Ftabelado (5,2)), para quase todos os

parâmetros de resposta estudados, exceto para o teor de ácido ascórbico, onde a

regressão não foi significativa e a falta de ajuste foi significativa a 95% de

confiança, sendo este o único modelo matemático considerado não preditivo.

A falta de ajuste normalmente se dá por erro na análise realizada, indicando

que ela não foi adequada para a amostra. Este resultado provavelmente ocorreu

118

devido à reação dos açúcares com os ácidos em presença do calor formando

grupos carbonil que tendem a reagir e degradar os carotenóides presentes na

polpa do maracujá, levando a formação de compostos com coloração mais escura.

O mesmo foi observado na secagem de Punica granatum L (Vardim & Yasar,

2012), no qual a polpa em pó obtida por meio da secagem por atomização com o

uso de maltodextrina, desenvolveu uma coloração avermelhada e uma redução na

luminosidade da amostra obtida, que foi justificada pela caramelização e a

concentração dos pigmentos presentes que levaram ao escurecimento do pó.

Como a análise se baseia em um método colorimétrico por meio de titulação, a cor

dos pós obtidos pode ter contribuído para o desvio.

4.3.4. Morfologia das partículas

A análise de morfologia foi realizada para as partículas produzidas com

diferentes concentrações de maltodextrina e FCM, sob diferentes temperaturas do

ar de secagem. As imagens apresentadas na Figura 4.11 correspondem às

partículas produzidas com temperatura do ar de 170°C com concentração de 3,33

e 11,66% de FCM com vazão de 400 mL/h. As imagens apresentadas na Figura

4.12 correspondem às partículas produzidas com temperatura do ar de 190°C com

concentração de 3,33 e 11,6% FCM com vazão de 400 mL/h.

119

(a)3,33%FCM – aumento de 1200 vezes. (b)11,66%FCM - aumento de 950 vezes.


maracujá, produzidas com diferentes concentrações de maltodextrina de FCM a

170°C.

(a) 3,33%FCM - aumento de 1400 vezes. (b)11,66%FCM – aumento de 1000

vezes.


maracujá, produzidas com diferentes concentrações de maltodextrina e FCM a

190°C.

De acordo com as Figuras 4.11 e 4.12, as partículas apresentaram formato

esférico, o que é característico de pós produzidos por atomização. As superfícies

das partículas maiores obtidas a 170°C apresentaram-se rugosas com presença

10µ 10µ

10µ 10µ

120

de fibras na Figura 4.11 (b), embora algumas de tamanho menor apresentassem

superfície lisa. Foi observada também aglomeração das partículas, o que pode ser

devido à baixa temperatura de transição vítrea apresentada pelo pó por causa dos

açúcares e ácidos presentes na polpa de maracujá. As partículas produzidas a

190°C apresentaram-se mais enrugadas e com tamanhos maiores do que a

170°C.

Segundo Thies (2001), as depressões que aparecem nas superfícies são

formadas devido à contração das partículas durante a secagem e o resfriamento.

Além disso, a extensão das depressões observadas em partículas produzidas por

spray drying é função da natureza do agente carreador utilizado, sendo

significativa naquelas que possuem cobertura de polissacarídeos.

Segundo Ré (1998), a formação de partículas ocas também é uma

característica comum em partículas produzidas por atomização. De acordo com a

autora, a formação deste vazio no interior da partícula está relacionada à

expansão sofrida pela mesma durante os estágios finais do processo de secagem.

Foi observado que a fibra oriunda da FCM presente foi recoberta pela

maltodextrina, que formou um encapsulado complexo, o que provavelmente

contribuiu para uma maior proteção das características e compostos presentes na

polpa, como o teor de ácido ascórbico.

Algumas partículas de tamanho próximo a 30- 50µm apresentaram furos em

sua superfície, indicando que provavelmente são ocas. Segundo Nijdam e

Langrish (2006), o aparecimento das partículas ocas se deve à formação de um

vacúolo (uma bolha de ar) dentro das partículas, logo após o desenvolvimento da

“casca” na superfície das mesmas. Esta casca incha quando a temperatura da

partícula excede a temperatura de ebulição local e a pressão de vapor dentro

deste vacúolo excede a pressão ambiente local.

As imagens apresentadas na Figura 4.13 correspondem às partículas

produzidas com temperatura do ar de 180°C com concentração de 0,0 e 15,0% de

FCM com vazão de 440 mL/h.

121

(a)0,0%FCM - aumento de 2200 vezes. (b)15%FCM – aumento de 1100 vezes.

Figura 4.13. Imagens dos pós resultantes da secagem da polpa de maracujá com

0 e 15% de FCM, produzidos por spray dryer.

O pó obtido com apenas maltodextrina apresentou partículas mais lisas e

de menor tamanho do que o pó obtido com a adição da maltodextrina e da FCM, o

que pôde ser observado na Figura 4.13. Isto pode ser devido ao maior teor de

fibras da amostra com 15%de FCM, (5,536% de Fibra Bruta, sendo 4,582% de

Fibra Insolúvel e 0,954% de Fibra Solúvel), do que a amostra com 0,0% de FCM

(3,837% de Fibra bruta, sendo 2,017% de Fibra Insolúvel e 1,820% de Fibra

solúvel). Deste modo a presença de maior teor de fibras, principalmente insolúvel,

contribuiu para um maior tamanho das partículas obtidas no processo de

secagem.

4.3.5. Distribuição do tamanho das partículas

A análise de distribuição do tamanho das partículas foi realizada para as

amostras produzidas sob diferentes temperaturas do ar de secagem e com

diferentes porcentagens de FCM. A Figura 4.14 corresponde às curvas obtidas

10µ 10µ

122

para as partículas produzidas com vazão volumétrica de 440mL/h e temperaturas

de 180°C.

A Figura 4.15 corresponde às curvas obtidas para as partículas produzidas

com de 7,5% de FCM em três diferentes temperatura e vazão mássica de 440

mL/h.

Figura 4.14. Distribuição do tamanho de partículas dos pós produzidos com

diferentes concentrações de FCM com maltodextrina (MD), a 180ºC e vazão

volumétrica de 440 mL/h.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0,1 1 10 100 1000 10000

Vo

lum

e (

%)

Tamanho da partícula (um)

0,0%FCM

7,5% FCM

15,0%FCM

123

Figura 4.15. Distribuição do tamanho de partículas dos pós produzidos em

diferentes temperaturas de secagem, 7,5% de FCM e vazão volumétrica de

440mL/h.

As partículas apresentaram diâmetros variando de 0,363 a 630,95µm.

Através das Figuras 4.14 e 4.15, observa-se que estas apresentaram uma

distribuição bimodal, ou seja, apresentaram dois picos distintos, cada um

representando um tamanho predominante. Isso é particularmente interessante

quando se considera o armazenamento do pó, uma vez que a “população” de

partículas menores pode penetrar nos espaços presentes entre as partículas

maiores, ocupando menor espaço. No entanto, a presença de partículas muito

finas pode representar propriedades de instantaneidade mais pobres, uma vez

que a redução dos interstícios pode prejudicar a penetração da água, afetando

negativamente propriedades como a molhabilidade e dispersibilidade do produto

(Vissotto et al., 2006).

O diâmetro médio das partículas foi expresso como D[4,3] (diâmetro médio

de Brouckere), que é o mais utilizado no caso de partículas em pó, e as

caracteriza pelo diâmetro de uma esfera com volume equivalente. Os diâmetros

obtidos para as partículas produzidas em diferentes temperaturas e com diferentes

0

1

2

3

4

5

6

0,1 1 10 100 1000 10000

Vo

lum

e (

%)

Tamanho da partícula (um)

197°C

180°C

163°C

124

concentrações de agentes carreadores estão apresentados nas Tabelas 4.7 e 4.8,

respectivamente.

Tabela 4.7. Diâmetro médio D[4,3] das partículas produzidas com diferentes concentrações da farina da casca do maracujá (FCM) e maltodextrina (MD), a 180°C e vazão volumétrica de 440 mL/h.

Concentração de FCM (%) Diâmetro médio (µm)

0,0 99,505

7,5 96,444

15,0 112,239

Tabela 4.8. Diâmetro médio D[4,3] das partículas produzidas em diferentes temperaturas, com 7,5% FCM/MD e vazão volumétrica de 440 mL/h.

Temperatura (°C) Diâmetro médio (µm)

163 82,960

180 96,444

197 121,619

O aumento da quantidade da FCM levou a produção de partículas com

maior diâmetro, o que pode estar relacionado à viscosidade da mistura, já que na

concentração de 15%FCM, a mistura atingiu sua maior viscosidade. Isto se deve

também ao encapsulamento desta fibra pela maltodextrina, como foi observado na

morfologia dos pós obtidos. De acordo com Masters (1979), para atomizadores

rotativos, o tamanho médio da gota atomizada varia diretamente com a

viscosidade do líquido. Quanto maiores são as gotas formadas durante a

atomização, maiores são as partículas de pó obtidas.

O aumento da temperatura resultou em partículas com maior diâmetro

médio. De acordo com Reineccius (2001), os processos realizados em condições

de maiores temperaturas, produzem partículas maiores que aqueles realizados

com menores taxas, já que a secagem mais rápida promove a formação mais

imediata de uma estrutura, evitando assim, que as partículas encolham durante a

125

secagem. Quando a temperatura do ar de secagem é baixa, a partícula fica mais

encolhida e, dessa forma, com diâmetro menor. Nijdam e Langrish (2006) e

Chegini e Ghobadian (2005) obtiveram resultados semelhantes, trabalhando com

produção de leite em pó a 120°C e 200°C.

4.3.6. Otimização da secagem

Os critérios utilizados para a seleção das melhores condições de secagem

foram: a umidade, densidade aparente, rendimento e teor de ácido ascórbico.

Apesar deste último não apresentar uma regressão satisfatória, é uma variável

que deve ser considerada. Entre as respostas as três variáveis independentes

influenciaram as respostas: temperatura, vazão e concentração da FCM em

substituição a maltodextrina.

O aumento da vazão teve influência significativa na redução da densidade

aparente, umidade e no aumento do teor de ácido ascórbico. Assim foi escolhida a

vazão de 500 mL/h. Em vazões superiores a esta foi observada que não havia a

secagem satisfatória das gotículas, provocando um gotejamento ou uma queda

muito grande do rendimento devido às partículas ficarem aderidas na parede da

câmara de secagem.

O aumento da temperatura de secagem influenciou significativamente a

redução da umidade final do produto, o que é muito importante para seu

armazenamento, já que uma maior umidade pode causar o colapso do pó e a

perda de suas características com o tempo. Como foi observado na secagem que

havia aglomeração dos pós com uma maior umidade final, optou-se por trabalhar

a uma temperatura de 190°C. Apesar de uma temperatura maior contribuir para a

redução do teor de ácido ascórbico, devido à vazão mássica adotada, as duas

variáveis juntas apresentam um efeito positivo na manutenção do teor de ácido

ascórbico no produto final.

O aumento da concentração da FCM contribuiu para a redução da umidade

final, a manutenção do ácido ascórbico no produto final e aumento do rendimento,

devido a isto foi escolhida a concentração de 11,66% de FCM. A concentração de

126

15% ou acima desta não foi escolhida, pois há um grande aumento da viscosidade

da solução final da polpa e isto contribui para a formação de partículas maiores, e

com isto o aumento da densidade aparente e da umidade final do produto e queda

no rendimento.

Deste modo, as condições de processo selecionadas como ótimas para a

secagem por atomização da polpa de maracujá com adição da Farinha da casca

do fruto foram: temperatura do ar de 190°C, vazão mássica de 500mL/h e

concentração de 11,66% FCM.

4.3.7. Análise Sensorial

O resultado obtido na análise sensorial de aceitação está na Tabela 4.9,

onde se avaliou a diferença entre o néctar preparado a partir da polpa concentrada

(NPC) do maracujá e outro a partir da polpa em pó encapsulada (NPE) obtida nas

condições de temperatura, vazão e porcentagem de FCM selecionadas no

planejamento estatístico.

Tabela 4.9 - Médias das notas obtidas das amostras de néctar de maracujá produzidos com polpa concentrada (NPC) e polpa em pó encapsulada (NPE).

Atributos Sensoriais

Amostras Aparência Aroma Sabor Doçura Impressão Global

NPC 7,70 a 7,57 ª 6,45 a 6,51 a 6,74 a

NPE 7,66 a 6,58 b 6,23 a 6,28 a 6,42a

(*) Médias seguidas pela mesma letra na mesma coluna, não apresentam diferença significativa a

5% de probabilidade.

Pelos resultados apresentados os néctares preparados com a polpa

concentrada e a polpa encapsulada obtida pelo processo de secagem por

atomização, apresentaram diferença significativa entre si apenas com relação ao

aroma, o que já era esperado devido ao processo de secagem utilizado, onde

parte dos aromas voláteis é perdido devido à temperatura utilizada. O restante dos

atributos não apresentou diferença significativa entre as duas amostras, o que

127

demonstra que a adição da FCM e maltodextrina não foi notada no néctar

produzido, não alterando drasticamente as características da polpa do maracujá.

4.4. Conclusões

A FCM como substituto parcial da maltodextrina como agente carreador na

secagem contribuiu para o aumento da viscosidade da polpa do maracujá, devido

a isto, o teor máximo utilizado foi de 15%. Estatisticamente o teor ideal de FCM

para se obter um bom resultado foi de 11,66%, sendo esta porcentagem suficiente

para que a quantidade de fibra na polpa final seca fosse o dobro do que no pó

seco apenas com maltodextrina.

O aumento da concentração de FCM afetou o pó obtido com relação ao

tamanho e a morfologia apresentada pelas partículas obtidas no processo de

secagem. As partículas apresentaram superfície mais rugosa com o aumento do

teor de Farinha com relação às partículas obtidas apenas com a adição da

maltodextrina.

A distribuição do tamanho das partículas não foi influenciada pela

concentração de FCM ou pela temperatura, se apresentando bimodal, no entanto

notou-se que adição até 7,5% FCM as partículas apresentaram tamanho próximo

as que possuíam 0%FCM de em sua composição. Mas o maior tamanho de

partícula se deu a 15%FCM e com a maior temperatura utilizada.

O néctar de maracujá produzido a partir da polpa em pó, seca nas

condições obtidas na otimização do processo apresentou diferença sensorial

apenas em relação ao aroma, demonstrando que a adição da FCM não apresenta

alteração perceptível no sabor, doçura, cor ou impressão global em relação ao

néctar produzido a partir da polpa concentrada.

A FCM é um resíduo da fruta que pode ser utilizado para a secagem por

meio do processo de atomização em spray drying em substituição parcial da

maltodextrina, aumentando o valor nutricional da polpa encapsulada obtida.

128


ADHIKARI, B.; HOWES, T.; BHANDARI, B.R.; TROUNG, V.In situ characterization

of stickiness of sugar-rich foods using a linear actuator driven stickiness testing

device. Journal of Food Engineering, v. 58, p. 11-22, 2003.

A.O.A.C. Official Methods of Analysis.18th ed. Association of Official Analytical

Chemists, Gaithersburg, Maryland, 2006.

BHANDARI, B.R.; SENOUSSI, A.; DUMOULIN, E.D.; LEBERT, A. Spray drying of

concentrated fruit juices. Drying Technology, v.11, n.5, p.1081-1092, 1993.

BOONYAI, P.; BHANDARI, B.; HOWES, T. (2004). Stickiness measurement

techniques for food powders: a review. Powder Technology, v. 145, p. 34-46.

BRENNAN, I. G..HERMA, J.. JOWIN, R.. (1971). A study of some of the factors

affecting the spray dryingof concentrated orange juice, on a laboratory scale. J. Fd

Technol..6 pp. 295-307.

CAI, Y.Z.; CORKE, H. (2000). Production and properties of spray-dried

Amaranthus betacyanin pigments. Journal of Food Science, v.65, n.6, p.1248-

1252.

CHEGINI, G.R.; GHOBADIAN, B. (2005) Effect of spray-drying conditions on

physical properties of orange juice powder. Drying Technology, v.23, n.3, p.657-

668.

CÓRDOVA, K. R. V., GAMA,T. M.M. T. B., WINTER,C. M. G., NETO,G. K., DE



Curitiba, v. 23, n. 2, p. 221-230.

129

DIB TAXI, C.M.; MENEZES, H.C., SANTOS, A.B.; GROSSO, C.R. Study of the

Microencapsulation of camu-camu (Myrciariadubia) juice. Journal of

Microencapsulation, v.20, n.4, p.443-448, 2003.

FÄLDT, P., BERGENSTÅHL, B., 1995. Fat encapsulation in spray-dried food

powders. J. Am. Oil Chem. Soc. 72, 171–176.

FENNEMA, Owen R. (1997), ed. Food chemistry. 3. ed. New York: Marcel Dekker,

1069 p.

GHARSALLAOUI, A.A., ROUDANT, G., CHAMBIN, O., VOILLEY, A., SAUREL, R.,

2007. Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: a

review. Food Res. Int. 40, 1107–1121.

GIANFRANCESCO, A.; TURCHIULI, C.; FLICK, D. & DUMOUNLIN, E..(2010).

CFD modeling and simulation of maltodextrin solutions spray drying to control

stickiness. Food and Bioprocess Technology; 3 (6).946-955.

GOMES, T. S.; CHIBA, H. T.; SIMIONATO, E. M. R.S.; SAMPAIO, A. C. (2006).

Monitoramento da qualidade da polpa de maracujá-amarelo - seleção AFRUVEC,

em função do tempo de armazenamento dos frutos. Revista Alimentos e

Nutrição, Bauru, v.17, n.4, p.401-405.

GOUIN, S., (2004). Microencapsulation: industrial appraisal of existing

technologies and trends. Trends Food Sci. Technol. 15, 330–347.

GOULA, A.M; ADAMOPOULOS, K.G.; KAZAKIS, N.A. (2004).Influence of spray

drying conditions on tomato powder properties. Drying Technology, v.22, n.5,

p.1129-1151.

130

GOULA, A. M. & ADAMOPOULOS, K. G.. (2009). A new technique for spray

drying orange juice concentrate. Innovative Food Science and Emerging

Technologies,11. p. 342–351

GRIGELMO-MIGUEL, N.; IBARZ-RIBAS, A.; MARTÍN-BELLOSO. (1999). O.

Rheology of peach dietary fibre suspensions. Journal of Food Engineering, v.39,

n.1, p.91-99.

HOGAN, S.A., MCNAMEE, B.F., O’RIORDAN, E.D., O’SULLIVAN,

M.,(2001a).Microencapsulating properties of sodium caseinate. J. Agric. Food

Chem. 49, 1934–1938.

HOGAN, S.A., MCNAMEE, B.F., O’RIORDAN, E.D., O’SULLIVAN, M., (2001b).

Microencapsulating properties of whey protein concentrate 75. J. Food Sci. 66,

675–680.

HOGAN, S.A., MCNAMEE, B.F., O’RIORDAN, E.D., O’SULLIVAN, M.,

(2001c).Emulsification and microencapsulation properties of sodium

caseinate/carbohydrate blends. Int. Dairy J. 11, 137–144.

HOWLING, D.; BIRCH, G.G.; PALMER, K.J. Sugar Science and Technology.

Applied Science, London, 263p., 1979.

JINAPONG, N.; SUPHANTHARIKA, M.; JAMNONG, P. (2008). Production of

instant soymilk powders by ultrafiltration, spray drying and fluidized bed

agglomeration. Journal of Food Engineering, v.84, n.2, p.194-205.

KEOGH, M.K., O’KENNEDY, B.T., KELLY, J., AUTY, M.A., KELLY, P.M.,

FUREBY, A., HAAHR, A.M..(2001). Stability to oxidation of spray dried fish oil

powder microencapsulated using milk ingredients. J. Food Sci. 66, 217–224.

131

KIM, Y.D., MORR, C.V.(1996). Microencapsulation properties of gum arabic and

several food proteins: spray-dried orange oil emulsion particles. J. Agric. Food

Chem. 44, 1314–1320.

LIN, C.C., LIN, S.Y., HWANG,L.S..(1995). Microencapsulation of squid oil with

hydrophilic macromolecules for oxidative and thermal stabilization. J. Food Sci. 60,

36–39.

MASTERS, K. Spray drying handbook. New York, John Wiley & Sons Inc., 1979,

687p.

MEDINA, J. C. Subprodutos. In: MEDINA, J. C. et al. (1980). Maracujá: da cultura

ao processamento e comercialização. Campinas: ITAL, p.145-148 (Série frutas

tropicais, 9).

MEILGAARD, M.; CIVILLE, G.V.; CARR, B.T.(1987). Sensory Evaluation

Techniques. New York: CRC Press. 281p.

NIJDAM, J.J.; LANGRISH, T.A.J..(2006).The effect of surface composition on the

functional properties of milk powders. Journal of Food Engineering, v.77, n.4,

p.919-925.

NINDO, C.I.; TANG, J.; POWERS, J.R.; TAKHAR, P.S. (2007). Rheological

properties of blueberry puree for processing applications. LWT – Food Science

and Technology, v.40,n.2, p.292-299.

OLIVEIRA, M. E. B.; BASTOS, M. S.R.; FEITOSA, T.; BRANCO, M. A. A.C.;

SILVA, M. G. G. (1999). Avaliação de parâmetros de qualidade físico-químicos de

polpas congeladas de acerola, cajá e caju. Ciências e Tecnologia de Alimentos,

Campinas, v. 19, n. 3.

132

OMOBUWAJO, T.O.; BUSARI, O.T.; OSEMWEGIE, A.A. (2000). Thermal

agglomeration of chocolate drink powder. Journal of Food Engineering, v. 46, p.

73-81.

PAPADAKIS, S.E.; GARDELI, C.; TZIA, C. (2006).Spray drying of raisin juice

concentrate. Drying Technology, v.24, n.2, p.173-180.Capítulo 398.

RATTES, A.L.R.; OLIVEIRA, W.P. (2007). Spray drying conditions and

encapsulating composition effects on formation and properties of sodium

diclofenac micro particles. Powder Technology, v.171, n.1, p.7-14.

RÉ, M.I. Microencapsulation by spray drying. (1998). Drying Technology, v.16,

n.6, p.1195-1236.

REINECCIUS, G.A. Multiple-core encapsulation: the spray drying of food

ingredients.(2001).In:VILSTRUP, P. Microencapsulation of food ingredients.

Surrey: Leatherhead Publishing, cap.9, p.151-185.

RIGHETTO, A. M.. Caracterização físico-química e estabilidade de suco de

acerola verde microencapsulado por atomização e liofilização. (2003) 200p. Tese

(Doutorado em Tecnologia de alimentos e nutrição) -Faculdade de Engenharia de

Alimentos, Universidade Estadual de Campinas.

RODRIGUES, R.A.F. Preparo, caracterização e avaliação funcional de

microcápsulasobtidas por spray drying, contendo extrato de café crioconcentrado.

Campinas, (2004).227p. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos) –

Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas.

RODRIGUEZ-HERNANDEZ, G.R., GONZALES-GARCIA, R., GRAJALES-

LAGUNES,A. & RUIZ-CABRERA, M. (2005). Spray-drying of cactus pear juice:

effect on the physicochemical properties of powder and reconstituted product.

Drying Technology, 23, 955–973.

133

ROUSTAPOUR, O.R., HOSSEINALIPOUR, M. & GHOBADIAN, B. (2006).An

experimental investigation of lime juice drying in a pilot plant spray dryer. Drying

Technology, 24, 181–188.

SALOMÃO, L. C. C.; PUSCHMANN, R. II Simpósio Brasileiro de Pós-Colheita de

Frutas Hortaliças e Flores. Viçosa, p.93-97.

SÁNCHEZ-ZAPATA, E., FERNÁNDEZ-LÓPEZ, J., PEÑARANDA, M., FUENTES-

ZARAGOZA, E., SENDRA, E., SAYAS, E., et al. (2011). Technological properties

of date paste obtained from date by-products and its effect on the quality of a

cooked meat product. Food Research International, 44, 2401–2407.

SILVA, M.S.; ALVES, R.E.; MENDONÇA, R.M. N. (2007). Fisiologia pós-colheita

de frutas tropicais. In: SEDIYAMA, M. A. N.; BARROS, R. S.; FLORES, M. E. P.;

STEFFE, J. F. (1996)Rheological Methods in Food Process Engineering.2.ed.,

Michigan: Freeman Press.

THIES, C. (2001). Microencapsulation: what it is and purpose. In: VILSTRUP, P.

Microencapsulation of food ingredients. Surrey: Leatherhead Publishing, p.1-

30.

TRUONG.V; BHANDARI, B.R.; HOWES, T. (2005).Optimization of concurrent

spray drying process of sugar-rich foods.Part 1- Moisture and glass transition

temperature profile during drying. Journal of Food Engineering, 71 (1), 55-65.

VARDIN, H.; YASAR, M.. (2012). Optimization of pomegranate (Punicaranatum L.)

juice spray-drying as affected by temperature and maltodextrin content

International Journal of Food Science and Technology, 47, 167–176.

VISSOTTO, F.Z.; MONTENEGRO, F.M.; SANTOS, J.M.; OLIVEIRA, S.J.R. (2006).

Avaliação da influência dos processos de lecitinização e de aglomeração nas

134

propriedades físicas de achocolatado em pó. Ciência e Tecnologia de

Alimentos, v.26, n.3, p.666-671.

135

CAPÍTULO 5

ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DA POLPA MICROENCAPSULADA DE

MARACUJÁ COM MALTODEXTRINA E FARINHA DE SUA CASCA POR

SPRAY DRYER.

Artigo a ser submetido a revista: Journal of Food Engineering

C. B. FARIA, F. L.SCHMIDT, F

137

RESUMO

A técnica de mmicroencapsulação permite a proteção de uma ampla gama de

agentes sensíveis ou voláteis tais como as vitaminas, corantes, aromas, extrato de

plantas e vários outros compostos. O pó produzido pela secagem de polpa ou

suco de frutas apresenta normalmente alta higroscopicidade e sua conservação e

qualidade depende do seu teor de umidade, da migração e da absorção desta por

ele durante o armazenamento. As isotermas são uma forma de avaliar o

comportamento do pó em presença da umidade através de equações matemáticas

que relacionam a absorção da umidade com relação à atividade de água (Aw) em

diferentes temperaturas. Os pós avaliados neste trabalho foram obtidos pela

microencapsulação da polpa de maracujá pela adição da farinha de sua casca e

maltodextrina em diferentes proporções, por atomização e liofilização. As

amostras foram armazenadas em 8 diferentes Aw variando de 0,1 a 0,8, a 25, 35 e

45°C, até peso constante. As isotermas obtidas foram avaliadas pelos modelos

matemáticos de GAB, BET e Oswim. Também foi avaliada a entalpia, entropia e

energia livre do sistema de modo a avaliar em qual umidade os pós apresentaram

maior estabilidade. Foi observada a redução da umidade com o aumento da

temperatura. Os modelos matemáticos que melhor se adaptaram foram os de

GAB e Oswim, nos quais pode se notar que a energia de ligação da monocamada

é baixa, e com isto é grande a adsorção de umidade pelos pós. A entalpia do

sistema variou, sendo alta à baixa umidade e decaindo com o aumento da mesma.

A entropia apresentou o ponto de maior estabilidade à umidade próxima a 0,2 kg

de H2O/ kg de peso seco. A energia livre do sistema demonstrou que o processo

de adsorção foi espontâneo decaindo com o aumento da umidade. O gráfico da

entalpia pela entropia indicou que houve variação da energia livre. Pelos

resultados observados se deduz que os pós obtidos, tanto por atomização, quanto

liofilizado, apresentaram alta higroscopicidade, se mantendo estáveis somente a

baixas umidades (Aw 0,1). Não houve variação dos resultados entre as amostras

com apenas maltodextrina e as que possuíam a farinha da casca do maracujá.

138

ABSTRACT

The microencapsulation technique allows protection from a wide range of sensitive

or volatile agents such as vitamins, colorants, flavorings, plant extracts and various

other compounds. The powder produced by drying pulp or fruit juice is usually high

hygroscopicity and its conservation and quality depend on the moisture content,

the migration of moisture and the moisture absorption by him during storage. The

isotherms are a way to assess the behavior of this powder in the presence of

moisture through mathematical equations that relate the absorption of moisture

with respect Aw at different temperatures. The powders evaluated in this paper

were obtained by microencapsulation of passion fruit pulp by addition of passion

fruit peel flour from its bark and maltodextrin in different proportions, for spray dryer

and lyophilized. The samples were stored in 8 different Aw ranging from 0.1 to 0.8,

at 25, 35 and 45 ° C until constant weight. The isotherms obtained were evaluated

by mathematical models GAB, BET e Oswim. We also evaluated the enthalpy,

entropy and free energy of the system in order to assess what amount of moisture

isotherms showed greater stability. It was observed that the moisture is reduced

with increasing temperature. The mathematical models that were better adapted to

the GAB and Oswim where one can note that the binding energy of the monolayer

is low, and this is a great post by moisture adsorption. The enthalpy of the system

varied, and high and low humidity decreasing with increasing it. The entropy of the

point showed greater stability to humidity close to 0.2 kg of H2O / kg dry weight.

The free energy of the system shows that the adsorption is spontaneous decaying

with increasing moisture. The graph of enthalpy by entropy indicated that there was

change in free energy. The observed results can be deduced that the powders

obtained by both spray dryer, as lyophilized, showed high hygroscopicity, keeping

only stable at low moistures ( Aw next at 0,1). There was no variation in results

between the sample with only maltodextrin and who possessed the passion fruit

peel flour.

139

5.1. Introdução

Para a preservação dos componentes originais das frutas, especial atenção

deve ser dada para desenvolver adequadas técnicas de secagem. Além de

agregar valor comercial para os frutos, a secagem pode reduz perdas e permitir a

sua comercialização por períodos mais extensos, sem depender das colheitas

sazonais (Marques; Ferreira; Freire, 2007).

Entre as frutas produzidas no Brasil, o maracujá é uma fruta de grande

importância comercial devido a sua polpa, de coloração amarelo-laranja e muito

aromática, amplamente utilizada para a produção de suco. É uma fruta rica em

ácido ascórbico (vitamina C) e carotenoides (vitamina A). No entanto sua polpa

apresenta alto teor de água, o que a torna muito susceptível a decomposição por

microrganismos, a reações químicas e enzimáticas. Como é um produto muito

perecível, não podem ser comercializados ou exportados como produto fresco.

(Agrianual, 2003).

A utilização da técnica de mmicroencapsulação permite a proteção de uma

ampla gama de agentes sensíveis ou voláteis tais como as vitaminas, corantes,

aromas, extrato de plantas e vários outros compostos (Shahidi & Han, 1993; VOS

et al., 2010). Esta técnica é baseada no efeito do envolvimento do composto em

uma matriz polimérica, criando um micro envolvimento em capsulas que são

capazes de controlar a interação entre as partes internas e externas destas e

proteger o composto encapsulado de fatores que podem causar deterioração

(Rosemberg et al. 1990). Com estas característica é possível manter a polpa de

frutas, como o maracujá, secas e estáveis por um tempo prolongado.

Alguns aditivos como amido, goma arábica e maltodextrinas são

comumente usados como materiais de suporte para aumentar a temperatura de

transição vítrea (TG) dos produtos durante a secagem em spray-dryer (Truong et

al., 2005; Java & Das, 2004). A quantidade destes agentes carreadores depende

do suco ou da polpa da fruta em questão e varia entre 20 a 60% peso/volume

(Masters, 1991). Porém, esta quantidade máxima de coadjuvante de secagem é

limitada pelas propriedades organolépticas do produto final.

140

A adição de fibras e os produtos ricos em fibras têm se destacando cada

vez mais e encorajado pesquisadores da área de alimentos a estudar novas fontes

de fibras e desenvolver produtos funcionais (Ou et al., 2001), o que pode incluir

sua utilização como agentes carreadores em processos de secagem. Fibras

dietéticas foram inicialmente conhecidas por suas propriedades nutricionais, no

entanto, elas também têm propriedades tecnológicas que podem ser usadas na

formulação de alimentos, resultando em modificação e melhoria de textura a

estabilida de do alimento, durante a produção e armazenamento (Thebaudin et al.,

1997).

Muitas propriedades funcionais da casca do maracujá têm sido estudadas

nos últimos anos, principalmente aquelas relacionadas com o teor e tipo de fibras

presentes. A composição e as propriedades físico-químicas da fibra alimentar

podem explicar a sua função nos alimentos. Essas informações podem ser

aplicadas para a compreensão dos efeitos fisiológicos das fibras. A casca de

maracujá, que representa 52% da composição mássica da fruta, não deveria ser

considerada como resíduo industrial, uma vez que suas características e

propriedades funcionais podem ser utilizadas para o desenvolvimento de novos

produtos (Medina, 1980).

O pó produzido pela secagem de polpa ou suco de frutas apresenta

normalmente alta higroscopicidade e sua conservação e qualidade depende do

teor de umidade, a migração de umidade e absorção de umidade por ele durante o

armazenamento. Este fenômeno de higroscopicidade de produtos sólidos porosos

é estudado por meio das equações que descrevem as isotermas de sorção de

água, que são representações matemáticas da relação existente entre o teor de

umidade do material em equilíbrio com diferentes valores de Aw e uma

determinada temperatura (Corrêa & Moure, 2000).

O conhecimento dessa relação de interdependência auxilia na identificação

do tipo de forças que intervêm na ligação da água com os elementos de

composição do produto, permitindo certas avaliações da sua estabilidade, durante

o armazenamento, podendo servir como parâmetro indicativo de embalagens

141

apropriadas para melhor conservação do produto e vida-de-prateleira do produto

industrializado.

Nos vários modelos matemáticos existentes que descrevem isotermas de

sorção de água em alimentos, nenhuma equação explica com precisão a gama de

Aw e para todos os tipos de alimentos. Labuza (1975) observou que nenhum

modelo de isoterma de sorção pode se ajustar a uma gama de dados de umidade

relativa, porque a água está associada com a matriz alimentar por diferentes

mecanismos em diferentes regiões. Segundo Leung (1986), as equações que

definem as isotermas de sorção são muito utilizadas para predizer as

propriedades de sorção da água em alimentos, embora forneçam pouca

informação sobre as interações entre a água e os componentes presentes a nível

molecular.

Na literatura, existem inúmeros modelos disponíveis para descrever as

isotermas de sorção e podem ser divididos nas seguintes categorias: (i) modelos

cinéticos baseados na monocamada (modelo Langmuir); (ii) modelos cinéticos

baseados em multicamadas e filme condensado (modelo BET) e (iii) modelo de

GAB, que é uma correção do modelo de BET.


5.2.1. Matéria-prima

Maracujás azedos (Passiflora edulcis), maduros com 80% da casca

amarela, foram higienizados em água clorada, enxaguados e abertos

manualmente. Em seguida foi realizado o despolpamento em despolpadeira de

facas, modelo MDP-450, marca MAX MACHINE, com peneira de 16 mesh para

obtenção do suco, sendo este, para sua conservação, armazenado congelado em

sacos de polietileno (25x 38 x 0,05), em frações de 500 mL a -18°C até o seu

preparo para a secagem. Para a produção da farinha, a casca foi tratada segundo

Matsuura et al., 2005, seca em estufa Marconi MA 035, com circulação de ar

142

forçada a 80°C por 14 horas. Em seguida o material foi triturado em

moinho Tecnal, modelo TE-631/2 até mesh<65, tamanho próximo ao da

maltodextrina 10DE, Mor-Rex®1910 fornecida pela empresa Corn Products Brasil.

5.2.2. Preparo da amostra

A polpa micro encapsulada foi produzida a partir da polpa congelada do

maracujá. As soluções foram preparadas utilizando como base a concentração de

12g de matodextrina/100g de polpa, de modo que se obtivesse a proporção e 1:1

de sólidos da fruta: maltodextrina. Nesta base foram realizadas substituições da

maltodextrina pela farinha da casca do maracujá (FCM), nas seguintes

proporções: 0,0%, 11,6% e 15,0%. As soluções contendo as diferentes

concentrações de FCM e a maltodextrina foram misturadas utilizando o

homogenizador (marca Ika Labortechnik, T25 basic) a 800rpm.

5.2.3. Secagem

A mistura foi seca em Mini Spray Dryer B191 (Buchi), a temperatura de

190°C, vazão de alimentação de 500 mL/h, a pressão de 4,5 bar, vazão do ar de

800 mL/min, com temperatura de saída variando entre 100-105°C. Uma amostra

do suco contendo 11,6%FCM p/p foi liofilizado sob as seguintes condições: vácuo

0,22 mbar, temperatura de liofilização -92°C a -35°C, por 44horas e secagem no

liofilizador -10°C, vácuo de 2,5 mbar, por 4horas (Modelo Christ, 2009) para efeito

de comparação. Os pós obtidos foram recolhidos e armazenados em recipientes

herméticos até sua utilização. Foi medida a temperatura de transição vitrea dos

pós em um calorímetro diferencial de varredura (Shimadzu TA60, Kyoto, Japão).

5.2.4. Isotermas de Sorção

Os teores de umidade de equilíbrio da amostra de polpa de maracujá

microencapsulada com diferentes concentrações de maltodextrina e farinha da

143

casca do maracujá, em diferentes condições de Aw foi determinada pelo método

gravimétrico (Jowitt et al., 1983) a 25, 35 e 45°C. Oito soluções saturadas de sais

(LiCl, CH3COOK, MgCl2, K2CO3, Mg(NO3)2, KI, NaCl e KCl) foram preparadas,

correspondendo a uma faixa de Aw de 0,102 a 0,850. Cada solução saturada foi

transferida para vasilhames com vedação, separados em quantidade suficiente

para ocupar um espaço de aproximadamente 1,5 cm de profundidade do fundo

deste. Amostras de 1g foram pesadas em triplicata em pequenos receptáculos de

plástico e colocadas sobre tripés nos vasilhames, os quais foram então vedados e

acondiocionados em câmara de temperatura controlada. O tempo requerido de

equilíbrio foi de 4 a 5 semanas, baseado na mudança do peso das amostras

expressa em base seca, quando a diferença não excedia 0,001g.g-1.

5.2.4. Modelos Matemáticos

Para ajuste das isotermas dos pós obtidos da secagem do suco de

maracujá com maltodextrina e farinha da casca do maracujá, mediante regressão

não-linear, foram testados os modelos matemáticos de BET (Brunauer et al.,

1938), GAB (Rizvi, 1986) e Oswin (Oswin, 1946), equações 5.1, 5.2 – 5.2.1 , 5.2.2

e 5.3 respectivamente, utilizando-se o programa Statistica versão 7.0.

⌊

⌋ Equação 5.1

Onde: aw é a atividade de água; Xm é o conteúdo de umidade (g de água/ g

de sólidos seco) correspondente a adsorvida na monocamada (BET); e C e K são

as constantes relacionadas ao efeito da temperatura.

A equação de BET (5.1) fornece uma estimativa do valor da monocamada

adsorvida na superfície. Tem sido útilna definição de um teor de umidade ótimo

para a secagem e estabilidade no armazenamento de alimentos, e na

estimativada área de superfície de um alimento.

144

O modelo de GAB (Guggenheim-Anderson-De Boer) possui três parâmetros

que tem significado físico, e é reconhecido como o mais versátil modelo de sorção

avaliado para alimentos. Ele é expresso matematicamente pela equação (5.2):

⁄ Equação 5.2

Onde Xeq é a umidade de equilíbrio (g de água/ g de sólidos seco); Xm é o

conteúdo de água na monocamada (g de água/ g de sólidos seco), aw é a

atividade de água, e C é a constante de Guggenheim, dada por:

Equação 5.2.1

Onde c’ é a constante da equação; hm é o calor total de sorção na primeira

camada (kJ.mol-1); hn é o calor total de sorção nas multicamadas (J.mol-1); R é a

constante universal dos gases (kJ.mol-1. K); T é a temperatura absoluta (K), e K é

a constante que corrige as propriedades das moléculas das multicamadas em

relação ao volume de líquido, e é dada por:

Equação 5.2.2

Onde k’ é a constante da equação; h1 é o calor de condensação da água

pura (kJ.mol-1).

O modelo de Oswin é empírico, sendo uma expansão da série de curvas

em forma de sigmoides e pode ser descrito na equação 5.3:

[

]

Equação 5.3

Onde Xeq é o conteúdo de umidade no equilíbrio (g de água/ g de sólidos

seco); A e B são constantes.

145

5.2.5. Propriedades Termodinâmicas

A energia livre da água de adsorção foi calculada utilizando a equação de

Gibbs:

Equação 5.4

Onde R é a constante universal dos gases (KJ/mol. K): T é a temperatura

de sorção (K), e aw é a atividade de água.

5.2.5.1. Diferencial de entalpia e diferencial de entropia de sorção

O Diferencial de entalpia (Δh) é utilizado com indicador do estado da água

no material biologico e representa a diferença entre o calor latente de adsorção e

o calor latente de condensação da água pura. (Rizvi, 1986). O diferencial de

entropia (Δs) representa a diferença da água adsorvida na parede do material

(Madamba et al., 1996). Este parâmetro pode ser usado para obter informações

com relação à racionalização da energia durante o processo de dissolução e

cristalização (Aviara et al., 2002). O diferencial de entalpia e entropia pode ser

obtido usando a equação de Clausius-Clapeyron:

⁄ ⁄ Equação 5.5

O Diferencial de entalpia de sorção (Δh) foi calculado utilizando a equação

(5.5), onde ln (aw) foi plotado versus 1/T para dado conteúdo de umidade,

determinando, assim, a inclinação da curva é igual a Δh/R. O diferencial de

entalpia (Δh) é usado para estimar o total de energia demandada durante a

secagem. O total de calor de sorção (ΔH) é a soma de “todos” o calor de sorção

isostérico e o calor de vaporização da água pura (ΔHvap, assumisse que é

constante com a temperatura e igual a 44,09 kJ.mol-1), de acordo com a equação

(5.6):

146

Equação 5.6

A energia livre de água de adsorção foi calculada usando a equação de

Gibbs (5.4). Onde R é a constante universal dos gases (kJ/mol. k); T é a

temperatura de sorção (K), e aw é a atividade de água.

A diferença molar de entropia de adsorção pode ser calculada pela equação

de Gibbs- Helmholtz, como usada por Beristain et al. (2002):

Equação 5.7

Onde s1 é a diferença molar de entropia da água adsorvida em todo

material (kJ/molK); S1 é a entropia molar da água pura em equilíbrio com o vapor

(kJ/molK).

5.3. Resultado e Discussão

A umidade inicial das amostras de microcápsulas de polpa de maracujá

com adição de maltodextrina e diferentes concentrações de FCM, obtidas por

Spray Dryer foi de 2,240 ±0,001% e Liofilizado foi de 2,756 ±0,003%. A TG inicial

(Figuras 5D a 5G no Anexo) das amostras ficou entre 177,30 a 188,41°C. Os pós

produzidos com adição da FCM em spray dryer demoraram mais para atingir o

intumescimento com relação à amostra com apenas maltodextrina. A coloração

dos pós se modificou com o aumento da Aw e também tenderam a um maior

escurecimento com a elevação da temperatura (Figuras 5A a 5C no Anexo).

Os resultados obtidos durante o experimento de obtenção das isotermas de

adsorção e seu comportamento podem ser observados na Tabela 5.1, que

descreve a umidade adsorvida pela amostra no ponto de equilíbrio do sistema nas

três temperaturas estudadas.

147

Tabela 5.1 – Umidade de equilíbrio (Xeq) a 25, 35 e 45°C, das amostras contendo maltodextrina e diferentes porcentagens de FCM obtidos por spray dryer e (*) liofilizado.

Temperatura aw 0FCM 11,6FCM 15FCM 11,6FCM

0,113 0,0445 0,0170 0,0397 0,0061

0,225 0,0781 0,0762 0,0754 0,0423

0,328 0,1085 0,1052 0,1025 0,0664

0,432 0,1050 0,0985 0,0989 0,0628

25°C 0,529 0,1293 0,1321 0,1218 0,0908

0,689 0,2335 0,2388 0,2209 0,1866

0,753 0,2949 0,2986 0,2855 0,2388

0,843 0,4692 0,5086 0,4250 0,4244

0,113 0,0202 0,0132 0,0161 0,0170

0,216 0,0552 0,0526 0,0577 0,0207

35°C 0,321 0,0575 0,0460 0,0601 0,0158

0,432 0,0702 0,0604 0,0716 0,0327

0,499 0,0940 0,0704 0,0959 0,0396

0,670 0,1932 0,1709 0,1992 0,1542

0,749 0,1541 0,1947 0,1563 0,1554

0,830 0,5114 0,4581 0,5195 0,4318

0,112 0,0157 0,0014 0,0172 0,0182

0,216 0,0642 0,0602 0,0708 0,0287

0,308 0,0429 0,0459 0,0519 0,0155

45°C 0,429 0,0596 0,0613 0,0651 0,0298

0,484 0,0828 0,0842 0,0896 0,0540

0,661 0,1689 0,1806 0,1559 0,1369

0,747 0,2239 0,2262 0,2064 0,1698

0,823 0,3307 0,3945 0,3528 0,2939

aw – valores das soluções salinas saturadas são ajustadas pela temperatura

As isotermas de sorção apresentaram um aumento de umidade de

equilíbrio com a crescente Aw, a temperatura constante. Tendências semelhantes

foram observadas para pós de acerola, açaí, maracujá, none, morangos e amora

(Righetto & Netto, 2005; Tonon et al., 2009 a, b, c, Catelam et al., 2011; Fabra et

al., 2011; Mosquera et al., 2012, Ferrari et al., 2012).

148

As Figuras 5.1, 5.2 e 5.3 representam a variação das isotermas descritas

pela variação da umidade pela Aw a 25, 35 e 45°C.


com adição de maltodextrina e 0,0, 11,6 e15% FCM obtido por spray dryer e

11,6% FCM (*) liofilizado a 25°C.




0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,55

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Xeq

(b

ase s

eca)

Atividade de água (aw)

0%FCM 11,6%FCM 15%FCM 11,6%FM*

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,55

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Xeq

(b

ase s

eca)

atividade de água (aw)

0%FCM 11,6%FCM 15%FCM 11,6%FCM*

149




A forma das isotermas é devido à combinação de efeitos coligativos,

capilares, interação da água de superfície, baixo peso molecular de carboidratos

(açúcares como glucose, arabinose, galactose, raminose, etc.), conteúdo proteíco

e outros fatores (Panchev et al., 2010).

A FCM adicionada nas amostras possui em torno de 5% de pectina

juntamente com o suco de maracujá que contém em torno de 0,5% pectina (Taco,

2011) podem ter contribuído para o comportamento da isoterma. O mesmo

comportamento foi observado por Bell e Labuza (2000), para isotermas de

pectinas, o que pode ser confirmado no trabalho feito por Panchev (2010), onde se

observou o mesmo comportamento para isotermas de pectinas de maçã, pectina

cítrica e pectina extraída de sementes de girassol. Da mesma forma, a pectina do

maracujá presente na amostra pode ter influenciado o comportamento de

adsorção de umidade na amostra.

As isotermas apresentaram redução de umidade com o aumento da

temperatura a uma mesma aw. As curvas também apesentaram uma inversão

acima da Aw de 0,4. Em ambientes com teores de UR acima de 50%, pode-se

constatar uma tendência na inversão de ordem das curvas. Resultados similares

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,55

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Xeq

(b

ase s

eca)

atividade de água (aw)

0%FCM 11,6%FCM 15%FCM 11,6%FM*

150

também foram relatados por outros pesquisadores (Pérez Alonso et al., 2006;

Tsami et al., 1990; Abdelhaq e Labuza, 1987; Saravacos et al., 1986) e este

comportamento foi atribuído a um aumento na solubilização dos açúcares mais

simples. Além disto, para os biopolímeros, o processo não envolve apenas

adsorção, mas também mudanças estruturais na matriz do polímero devido ao

intumescimento. O fenômeno, que no início era fracamente adsortivo passa a ter

um crescente vetor absortivo e a solubilidade aumenta com a temperatura. A

conformação e a topologia da molécula, além dos sítios hidrofílicos/hidrofóbicos

adsorvidos na interface também são importantes (Pérez Alonso et al., 2006).

O ponto de inversão depende da composição do produto e da solubilidade

de seus açúcares, conforme pôde ser verificado em isotermas de adsorção de

outros produtos de baixo conteúdo de umidade. Segundo o trabalho de Abdelhaq

e Labuza (1987), uvas-passa apresentaram um ponto de inversão em aw= 0,55;

os figos em aw= 0,65; as ameixas em aw= 0,70 e para damascos, o produto com

o menor conteúdo de açúcares dentre as frutas secas estudadas, apresentou a

intersecção em aw de aproximadamente 0,75.

5.3.1. Ajuste das Isotermas por Modelos Matemáticos

O modelo de BET é baseado na suposição que a superfície é

energeticamente homogênea, que todo centro de adsorção é igual. Neste modelo

também não se leva em conta que a interação “horizontal” das moléculas incide

sobre as leis da adsorção e leva em conta apenas a interação “vertical” e as

interações perpendiculares a superfície. As forças horizontais entre as moléculas

adsorvidas dificilmente podem ser negligenciadas. Na conclusão da equação de

BET, também é postulado que o número de camadas absorventes é infinito

quando é alcançada a pressão de saturação do vapor de água.

Os cálculos das isotermas obtidas utilizando os modelos matemáticos de

BET, GAB e Oswin, estão descritos respectivamente nas Tabelas 5.2, 5.3 e 5.4.

151

Tabela 5.2 - Resultados dos cálculos da aplicação do Modelo matemático de BET.

Temperatura amostra Xm C k pvalor R2

25

0,0FCM 61,9369 0,0076 -0,0450 0,0194 0,9550

11,6FCM 71,6658 0,0055 0,0052 0,0270 0,9540

15,0FCM 51,7254 0,0100 -0,0558 0,0178 0,9625

11,6FCM* 62,6080 0,0070 0,0785 0,0392 0,9567

35

0,0FCM 95,1686 0,0041 0,0803 0,0613 0,8621

11,6FCM 89,9925 0,0045 0,1011 0,0545 0,9123

15,0FCM 96,9919 0,0040 0,0788 0,0612 0,8633

11,6FCM* 107,5178 0,0035 0,1691 0,0808 0,9062

45

0,0FCM 43,6321 0,0129 0,0176 0,0276 0,9695

11,6FCM 55,1441 0,0085 0,0590 0,0382 0,9578

15,0FCM 47,0731 0,0121 0,0018 0,0280 0,9446

11,6FCM* 45,4431 0,0124 0,1098 0,0462 0,9629

(*) Liofilizado

Tabela 5.3 – Resultados dos cálculos da aplicação do Modelo matemático de GAB.

Temperatura amostra Xm C K pvalor R2

25°C

0,0FCM 1,8045 0,1273 1,0770 0,0182 0,9932

11,6FCM 1,3032 0,1646 1,0765 0,0250 0,9954

15,0FCM 1,3805 0,1583 1,0487 0,0169 0,9920

11,6FCM* 0,2834 0,4277 1,0383 0,0360 0,9974

35°C

0,0FCM 7,9899 0,0210 1,1927 0,0464 0,9903

11,6FCM 0,7874 0,1582 1,1420 0,0455 0,9945

15,0FCM 8,4471 0,0204 1,1929 0,0465 0,9894

11,6FCM* 0,1331 0,4570 1,1265 0,0660 0,9896

45°C

0,0FCM 0,3081 0,4243 1,0072 0,0265 0,9913

11,6FCM 0,4317 0,3001 1,0807 0,0355 0,9929

15,0FCM 1,2527 0,1198 1,1271 0,0257 0,9918

11,6FCM* 0,0437 1,2082 1,0025 0,0434 0,9921

(*) Liofilizado

152

Tabela 5.4 - Resultados dos cálculos da aplicação do modelo matemático de Oswin.

Temperatura amostra A B pvalue R2

25°C 0,0FCM 0,1375 0,7150 0,0087 0,9925

11,6FCM 0,1307 0,7933 0,0122 0,9930

15,0FCM 0,1321 0,6874 0,0081 0,9935

11,6FCM* 0,0886 0,9256 0,0178 0,9966

35°C 0,0FCM 0,0671 1,2341 0,0256 0,9491

11,6FCM 0,0681 1,1747 0,0234 0,9826

15,0FCM 0,0696 1,2200 0,0257 0,9482

11,6FCM* 0,0400 1,4834 0,0343 0,9845

45°C 0,0FCM 0,0938 0,8172 0,0129 0,9918

11,6FCM 0,0907 0,9391 0,0176 0,9908

15,0FCM 0,0925 0,8408 0,0127 0,9851

11,6FCM* 0,0589 1,0411 0,0217 0,9920

(*) Liofilizado

O conteúdo de umidade na multicamada (Xm) apresentou valores próximos

a 25°C. Com o aumento da temperatura ocorreu à redução do valor de Xm, que

pode ser relacionado à menor adsorção de água na monocamada, apresentando

os menores valores a 45°C.

Pelos modelos de BET e GAB, o valor de C apresentou valores menores

que 1,0 e variação com a temperatura, obtendo os maiores valores a 45°C. O

comportamento desta constante pode ser atribuído ao aumento da energia de

ligação da primeira camada adsorvida em função do aumento de temperatura. A

constante C das amostras a 25°C e 35°C não apresentaram uma tendência clara

de comportamento de acordo com os modelos de BET e GAB.

A constante K apresentou valores negativos nas amostras de 0,0%FMC e

15,0%FCM a 25°C de acordo com o modelo de BET. No modelo de GAB, os

valores de K foram próximos a 1,0, que demonstra que a multicamada tem

propriedades próximas a da água pura. Os valores desta constante não

apresentaram correlação com a alteração de temperatura.

153

5.3.2. Diferencial de Entalpia e Entropia

O diferencial de entalpia de adsorção das microcápsulas foi calculado pela

aplicação da equação de Clausius-Clapeyron (Eq. 5.5). A Figura 5.4 mostra o

resultado, onde o diferencial de entalpia de adsorção foi plotado pelo conteúdo de

umidade no equilíbrio às temperaturas de 25°C, 35°C e 45°C. Como mostrado na

Figura 5.4, o diferencial de entalpia tem uma forte dependência com a umidade de

equilíbrio, possuindo maior valor a baixo teor de umidade e decréscimo com o

aumento da umidade de equilíbrio.

Figura 5.4. Diferencial de entalpia de adsorção das microcápsulas preparadas

com maltodextrina e FCM por spray dryer e (*) liofilizador em função da

umidade de equilíbrio.

Pela Figura 5.4, pode-se notar que o diferencial de entalpia aumenta

exponencialmente, sendo seu máximo a umidade próxima a 0,10 kgH2O/ kg de

sólidos. Mas com o aumento do conteúdo de umidade, decresce gradualmente em

magnitude e ocorre uma pequena elevação à umidade maior que 0,40 kgH2O/ kg

de sólidos.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60

∆H

dif (

kJ.m

ol-1

)

Umidade (kg de água.kgds-1)

0%FCM

11,6%FCM

15%FCM

11,6%FCM*

154

Como o conteúdo de água no sistema aumentou, as moléculas de água

penetraram em toda a matriz do material e ocuparam todos os sítios ativos. A

penetração das moléculas de água em toda matriz do material iniciou o inchaço.

Como o comportamento foi o mesmo para as amostras de 0,0%, 11,6% e

15,0%FCM obtidas em spray dryer, à presença da maltodextrina e sua interação

com a FCM que possui fibras não modificou a adsorção de água na matriz das

amostras. A amostra de 11,6%FCM liofilizada apresentou uma adsorção maior

nos sítios ativo em uma umidade menor que as demais amostras.

O aumento do ΔHdif corresponde a um processo endotérmico que pode ser

associado com o inchaço dos polímeros e das fibras presentes na matriz

polimérica que expôs novos sítios ativos, onde novas moléculas de água podem

ser adsorvidas por processo exotérmico que compensa o calor endotérmico. A

queda da entalpia pode ser relacionada à dissolução dos açúcares presentes na

matriz em maiores conteúdos de umidade (na amostra umidade >0,20 kg de H2O/

kg de peso seco), o mesmo comportamento foi observado por Beristain, Garcia &

Azuara, (1996) em frutas secas como damascos e figos.

A Figura 5.5 mostra o diferencial de entropia em função do conteúdo de

umidade a 25°C, 35°C e 45°C. O diferencial de entropia tem um mínimo a 0,2 kg

de H2O/ kg de peso seco. As amostras mostraram redução do diferencial de

entropia com o aumento da umidade de equilíbrio. O mesmo comportamento foi

observado em maças e óleo de laranja encapsulado com goma de algaroba

(Nunes & Rotstein, 1991; Beristain et al. 2002).

Este parâmetro não significa ordem ou desordem total do sistema. O

diferencial de entropia representa a soma algébrica da integral da entropia em

uma determinada hidratação, além do nível de mudanças na ordem ou desordem

após novas moléculas de água ser absorvida pelo sistema em um nível de

hidratação.

À medida que as microcapsulas da polpa de maracujá com maltodextrina e

FCM adsorve umidade a entropia diminuiu até um ponto mínimo, que é

considerado como o de estabilidade máxima, pois neste ponto as moléculas de

água atingem um arranjo mais ordenado dentro do sólido.

155

Figura 5.5. Diferencial de entropia de adsorção das microcápsulas preparadas

com maltodextrina e FCM por spray dryer e (*) liofilizador em função da

umidade de equilíbrio.

A redução da entropia ocorre em dois pontos, na umidade menor do que

0,1kg de H2O/ kg de peso seco e na umidade próxima a 0,2 kg de H2O/ kg de peso

seco. Todas as amostras apresentaram o mesmo comportamento nas três

temperaturas. Assim há dois pontos de maior estabilidade da amostra. No entanto

apresenta maior ponto de instabilidade em baixo teor de umidade. O mínimo de

entropia pode ser interpretado como o conteúdo de umidade na monocamada

(Nunes & Rotstein, 1991). Este valor mínimo é esperado que surja quando ocorre

uma forte ligação entre o adsorvente e adsorvido, e portanto, onde há menos água

disponível para as reações de deterioração.

As amostras também se apresentam estáveis em umidade maiores que 0,4

kg de H2O/ kg de peso seco. Isto ocorre devido aos sítios ativos já estarem todos

ligados, a amostra não apresenta grande variação na adsorção de água,

mantendo-se mais estável. No entanto, a este teor de umidade, a amostra se

encontra colapsada e/ou exsudando água.

A Figura 5.6 relaciona a entalpia diferencial (Δh) em função da entropia

(ΔS) para as microcápsulas de polpa de maracujá. Pode-se obter a energia livre

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

∆S

dif(k

J.m

ol-

1.K

)

Umidade (kg de water.kgds-1)

0%FCM

11,6%FCM

15%FCM

11,6%FCM*

156

pela equação 5.7. Pelos valores calculados pela equação, a adsorção da umidade

pelas microcápsulas foi espontânea (ΔG< 0).

Figura 5.6. Diferencial de entalpia em função do diferencial de entropia das

microcápsulas preparadas com maltodextrina e FCM por spray dryer e (*)

liofilizador em função temperatura.

Pelo gráfico da entalpia em função da entropia da Figura 5.6, pode-se

observar o comportamento da energia livre do sistema. Observa-se que a energia

liberada é absorvida havendo uma compensação no sistema. Os pontos de

menores valores de entropia ocorrem em: 19,3011 kJ.mol-1.k a 25°C, 19,2633

kJ.mol-1.k a 35°C e 19,4405 kJ.mol-1.k a 45°C. Inicialmente a entalpia foi menor

para temperatura de 25°C para um mesmo valor de entropia à temperatura de 35

e 45°C.

No gráfico se observam 3 pontos de menor valor de entalpia às três

temperaturas. No entanto o ponto de maior estabilidade ocorre nos seguintes

valores de entropia: 3,4216 kJ.mol-1.k a 25°C, 3,4314 kJ.mol-1.k a 35°C e 3,5600

kJ.mol-1.k a 45°C.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

∆h

dif (

kJ.m

ol-

1)

∆Sdif(kJ.mol-1.K)

25°C

35°C

45°C

157

5.4. Conclusões

Devido à presença de pectina proveniente da polpa do maracujá e da

farinha de sua casca as isotermas apresentaram um comportamento senoidal, que

não é observado em amidos e seus derivados, como a maltodextrina. O pó seco

pelo método de liofilização não apresentou comportamento diferente do pó seco

por atomização em Spray Dryer, na mesma umidade.

A equação do modelo matemático de GAB foi a que melhor se adaptou ao

comportamento das isotermas, tanto das produzidas em spray dryer quanto da

liofilizada, nas diferentes concentrações de FCM e maltodextrina.

O valor mínimo de entropia é um indicativo das condições mais apropriadas

de armazenamento deste pó. Pelos resultados apresentados nas isotermas das

amostras, este ponto é próximo a aw de 0,2 para o intervalo de temperatura de 25

a 45°C.

A alta concentração de sólidos da polpa de maracujá, rica em açúcares de

baixo peso molecular associada a sua acidez, contribuiu para a alta

higroscopicidade do pó. No entanto, a presença das fibras da FCM contribuiu para

retardar o tempo de entumescimento das amostras.

Os pós produzidos com as duas diferentes concentrações FCM não

apresentaram diferença no comportamento das isotermas em comparação ao pó

produzido apenas com maltodextrina. Assim a maltodextrina pode ser substituída

pela FCM sem perdas na conservação do produto. Ainda assim, para aumentar

sua durabilidade e manter as características do pó, este deve ser armazenado em

baixas temperaturas e em embalagens não permeáveis a umidade.

158


ABDELHAQ, E. H.; LABUZA, T. P. (1987). Air drying characteristics of apricots.

Journal of Food Science, v. 52, n.2, p. 342 – 345, 360.

AGRIANUAL (2003): anuário da agricultura brasileira. São Paulo: FNP.

AL-MUHTASEB, A. H.; MCMINN, W. A. M.; MAGGE, T. R. A. (2004). Water

sorption isotherms of starch powders. Part 1: Mathematical description of

experimental data. Journal of Food Engineering, v. 61, p. 297 – 307, 2004.

ALVES, R.M.V., BORDIM, M.R.; GARCIA, E.E.C. (1996). Aplicação de um modelo

matemático na estimativa da vida-de-prateleira de biscoitos “cream craker”.

Coletânea do ITAL, Campinas, v.26, n.1, p.89-101.

AVIARA N.A., AJIBOLA, O.O., DAIRO, U.O., (2002). Thermodynamics of moisture

sorption in sesame seed. Biosystems Engineering 83 (4), 423–431.

BASU, S.; SHIVHARE, U. S.; MUJUMDAR, A. S.(2006). Models for sorption

Isotherms for foods: a review. Drying Technology, v. 24, n. 8, p. 917-930.

BELL, L. N., & LABUZA, T. P..(2000). Moisture sorption. Practical aspect of

isotherm measurement and use. St. Paul, USA: American Association of Cereal

Chemists, Inc.

BERISTAIN, C. I., GARCIA, H. S. & , AZUARA, E. (1996). Enthalpy-entropy

compensation in food vapor adsorption. Journal of Food Engineering. 30, p. 405-

415.

159

BERISTAIN, C. I., AZUARA, E., & VERNON-CARTER, E. J. (2002). Effect of water

activity on the stability to oxidation of spray-dried encapsulated orange peel oil

using mesquite gum (Prosopis juliflora) as wall material. Journal of Food

Science, 67, 206–211.

BRUNAUER, S., EMMETT, P. H., TELLER, E. (1938) Adsorption of Gases in

Multilayers. Journal of American Oil Chemist’s Society, v. 60, p.309.

CATELAM, K. T., FÁVARO-TRINDADE, C. S., ROMERO, J. T.. (2011). Water

adsorption isotherms and esoteric sorption heat of spray-dried and freeze-dried

dehydrated passion fruit with additives and skimmed Milk. Ciênc. Agrotec, v. 35,

n. 6, p. 1196-1203.

CORRÊA, P.C.; MOURE, J. (2000) Higroscopicidad y propiedades térmicas de

semillas de sorgo. Alimetancion Equipos y.

FABRA, M. J, MÁRQUEZ, E, CASTRO, D., CHIRALT, A. (2011). Effect of

maltodextrins in the water-content-water activity-glass transition relationships of

noni (Morinda citrifolia L.) pulp powder. Journal of Food Engineering, v. 103, p.

47-51.

FERRARI, C.C.; GERMER, S.P.M.; ALVIM, I.D.; VISSOTTO, F.Z.; AGUIRRE, J.M.

(2012). Influence of carrier agents on the physicochemical properties of blackberry

powder produced by spray drying. International Journal of Food Science &

Technology., v.47, n.6, p.1237-1245.

JOWITT, R. et al., (1983) Phsysical properties of foods. London: Applied Science.

LABUZA, T. P., (1975). Interpretation of sorption data in relation to the state of

constituent water. Water Relations in Food. Duckworth, R. (ed) (academic Press,

New York, USA),pp 155-172.

160

LEUNG, H. K. (1986). Water activity and other colligative properties of foods. In:

Physical and chemical properties of food. M. R. Okos (ed.), ASAE, St. Joseph,

Michigan, p. 138 – 185.

MADAMBA, P.S., DRISCOLL, R.H., BUCKLE, K.A., (1996). Enthalpy–entropy

compensation models for sorption and browning of garlic. Journal of Food

Engineering 28, 109–119.

MARQUES, L. G.; FERREIRA, M. C.; FREIRE, J.T.(2007).Freeze-drying acerola

(Malpighiaglabra L.). Chemical Engineering and Processing, v. 46, n. 5, p. 451-

457.

MASTERS, K. (1991). Spray drying handbook. 5th ed. New York: Longman

Scientific & Technical.

MEDINA, J. C. Subprodutos. In: MEDINA, J. C. et al. (1980). Maracujá: da cultura

ao processamento e comercialização. Campinas: ITAL. p.145-148 (Série frutas

tropicais, 9).

MOSQUERA, L. H., MORAGA, G., MARTÍNEZ-NAVARRETE, N. (2012). Critical

water activity and critical water content of freeze-dried strawberry powder as

affected by maltodextrin and arabic gum. Food Research International, v. 47,

p.201-206.

NUNES, R. V.,& ROTSTEIN, E.(1991). Thermodynamics of the water-foodstuff

equilibrium. Drying Technol. 9, 113-117.

OSWIN, C. R., (1946), The kinetics of package life III. The Isotherm, J Chem

Indust, 65: 419–421.

161

OU, S., KWOK, K. C., LI, Y, & FU, L. (2001). In vitro study of possible role of

dietary fibre in lowering postprandial serum glucose. Journal of Agricultural Food

Chemistry, 49, 1026–1029.

PANCHEV, I. N., SLAVOV, A., NIKOLOVA, Kr., KOVACHEVA, D..(2010). On the

water-sorption properties of pectin. Food Hydrocolloids. 24, p. 763-769.

PÉREZ-ALONSO, C.; BERISTAIN, C. I.; LOBATO-CALLEROS, C.;

RODRÍGUEZHUEZO, M. E.; VERNON-CARTER, E. J. (2006).Thermodynamic

analysis of the sorption isotherms of pure and blended carbohydrate polymers.

Journal of Food Engineering, v. 77, n. 4, p. 753-760.

RIGHETTO, A. M., NETTO, F. M..(2005). Effect of encapsulating materials on

water sorption, glass transition and stability of juice from immature acerola.

International Journal of Food Properties, v. 8, p. 337-346, 2005.

RIZVI, S. S. H., (1986). Thermodynamic properties of foods in dehydration,

Engineering Properties of Foods, Rao, M. A. and Rizvi, S. S. H. (Marcel Dekker

Inc, New York, USA), pp 223–309.

ROSEMBERG, M., KOPELMAN, I.J., TALMON, Y., (1990). Factors affecting

retention in spray-drying microencapsulation of volatile materials. Journal of

Agricultural and Food Chemistry. 38, 1288-1294.

SARAVACOS, G. D., TSIOURVAS, D. A.; TSAMI, E. (1986). Effect of temperature

on the water adsorption isotherm of Sultana raisins. Journal of Food Science, v.

512, p. 381 – 383; 387.

SHAHIDI, F., HAN, X.Q.,(1993). Encapsulation of food ingredients. Critical

Reviews in Food Science and Nutrition. 33, 501-547.

162

TACO, (2011) Tabela brasileira de composição de alimentos / NEPA – UNICAMP. - 4. ed. rev. e ampl. -- Campinas: NEPAUNICAMP, 161 p.

THEBAUDIN, J. Y. et al. (1997).Dietary fibers: nutritional and technological

interest. Trends in Food Science & Technology, v. 8, n. 2, p. 41-48.

TONON, R. V.(2009). Secagem por atomização do suco de açaí: influência das

variáveis de processo, qualidade e estabilidade do produto. 242p. Tese

(Doutorado em Engenharia de Alimentos) – Faculdade de Engenharia de

Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.

TONON, R. V., BRABET, C., HUBINGER, M. D..(2009). Influência da temperatura

do ar de secagem e da concentração de agente carreador sobre as propriedades

físico-químicas do suco de açaí em pó. Ciência e Tecnologia de Alimentos.

29(2), p. 444-450.

TONON, R. V., FREITAS, S. S., HUBINGER, M. D. (2010). Spray drying of açai

(Euterpe Oleraceae mart.) juice: effect of inlet air temperature and type of carrier

agent. Journal of Food Processing and Preservation. 35. p. 691-700.

TRUONG, V.; BHANDARI, B. R.; HOMES, T..(2005). Optimization of co-current

spray drying process of sugar-rich foods. Part I – Moisture and glass transition

temperature profile during drying. Journal of Food Engineering, 71(1), 55-65.

TSAMI, E.; MARINOS-KOURIS, D.; MAROULIS, Z.B. (1990). Water sorption

isotherms of raisins, currants, figs, prunes and apricots. Journal of Food Science,

v.55, n.6, p.1594 – 1597.

VOS, p., FAAS, M., SPASOJEVIC, M., SIKKEMA, J.,(2010). Encapsulation for

preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food componentes.

International Dairy Journal 20, 292-302.

163

CONCLUSÕES GERAIS

A farinha da casca do maracujá é uma forma de aproveitamento do resíduo

do maracujá que possui ótimas características tecnológicas e nutricionais que

devem ser exploradas. Pelo tratamento utilizado para a redução dos compostos

cianogênicos presentes na casca e as etapas de secagem e moagem, a farinha

obtida apresentou alta absorção de água, baixo tempo de dissolução, alta

temperatura de transição vítrea e distribuição de partículas uniforme.

A farinha possui características requeridas para substâncias utilizadas

como coadjuvantes de secagem, podendo ser utilizada na substituição parcial de

alguma goma ou amido normalmente utilizado neste tipo de processo. Além disso,

devido à presença de grande quantidade de fibras, sua utilização contribui para o

aumento nutricional do produto final.

A adição da farinha da casca de maracujá em substituição a maltodextrina

causa um grande aumento da viscosidade na polpa, o que dificulta o escoamento

do produto e pode interferir no processo de secagem, principalmente por spray

dryer, que leva ao gotejamento e/ou a não formação de gotículas e, com isto,

perdas na câmara de secagem e produtos de alta umidade e baixa qualidade.

Assim, deve se estabelecer um limite a ser utilizado, que depende do método de

secagem e equipamento empregado.

Com o uso do delineamento estatístico foi possível otimizar o processo de

secagem por atomização no equipamento piloto. As variáveis estudadas:

concentração da farinha da casca de maracujá como coadjuvante de secagem,

temperatura do ar e a vazão volumétrica da mistura, tiveram influencia significativa

nas respostas estudadas. A farinha causou elevação da densidade aparente,

conservação do teor de ácido ascórbico, aumento do rendimento, e a redução da

higroscopicidade dos pós obtidos em atomizador.

Os pós produzidos com adição da farinha da casca do maracujá

apresentaram higroscopicidade próxima a do pó produzido apenas com

maltodextrina. No entanto, estes pós demoram um tempo maior para entrar em

equilíbrio quando comparado à amostra contendo apenas maltodextrina na análise

164

de isotermas de adsorção, principalmente nas maiores Aw (0,7-0,8). Isto

demonstra que a farinha contribuiu para a maior conservação e estabilidade da

polpa do maracujá em pó.

As condições críticas de estocagem dos pós (acima das quais a polpa de

maracujá se torna “pegajosa” e susceptível a várias alterações indesejáveis) foram

determinadas com base nas isotermas de adsorção. A entalpia do sistema variou,

sendo alta à baixa umidade e decaíndo com o aumento da mesma. A entropia

apresentou o ponto de maior estabilidade à umidade próxima a 0,2 kg de H2O/ kg

de peso seco, porém, acima deste valor a amostra absorve água

espontaneamente. Estes resultados demonstram que a farinha contribuiu para a

maior conservação e estabilidade da polpa do maracujá em pó, mas ao longo da

estocagem terá o mesmo comportamento da polpa contendo apenas

maltodextrina.

A utilização da farinha da casca de maracujá como coadjuvante de

secagem em substituição parcial da maltodextrina é viável, podendo ser

considerada uma boa forma de aproveitamento da casca da fruta, pois melhora as

características físicas, químicas e nutricionais do pó obtido pelo processo de

atomização.

165

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANSELMO, G. C. S. et al. Determinação da higroscopicidade do cajá em pó por

meio da secagem por atomização. Revista de Biologia e Ciências da Terra, v. 6,

n. 2, p. 58-65, 2006.

BRENNAN, I. G.. HERMA, J.. JOWIN, R.. A SI& of some of the Fanon Aliming the

Spray Drying of Conmtraled h g e Juice, on a Laboratory Scale, J. FdTechnol.. 6

pp. 295-307. 1971.

CÓRDOVA, K. R. V. et al. Características Físico-Químicas da Casca do Maracujá

Amarelo (Passiflora edulis Flavicarpa Degener) Obtida por Secagem. Boletim do

Centro de Pesquisa de Processamento de Alimentos, v. 23, n. 2, p. 221-230,

2005.

DE-OLIVERA, M.A.; MAIA, G.A.; DE-FIGUEIREDO, R.W.; DE-SOUZA, A.C.R.;

DE-BRITOO, E.S.; DE-AZEREDO, H.M.C. Addition of cashew tree gum to

maltodextrin-based carriers for spray drying of cashew apple juice. International

Journal of Food Science and Technology 2009, 44(3), 641–645.

DOLINSKY, A.; MALETSKAYA, K.; SNEZHKIN, Y. Fruit and vegetable powders

production technology on the bases of spray and convective drying methods.

Drying Technology 2000, 18(3), 747–758.

ENDRESS, H.U. AND FISCHER, J., Fibers and fiber blends for individual needs: A

physiological and technological approach, in Advanced Dietary Fiber Technology,

McCleary and Prosky, Eds., Blackwell Science, Oxford, U.K., 2001, Chapter 26.

FIGUEROLA, F. et al., Fiber concentrates from apple pomace and citrus peels as

potential fiber source for food enrichment, Food Chem., 91, 395, 2005.

166

FISCHER, J., (2001) Improved fruit fibers for modern food processing, Food

Ingredients Anal., May/June 29.

GONDIM, J. A. M. et al.(2005) Composição centesimal e de minerais em cascas

de frutas. Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 25, n. 4, p. 825-827.

GUERTZENSTEIN SMJ. (1998). Uso da casca de maracujá (Passiflora edulis f.

flavicarpa, Deg) cv. amarelo com fonte de fibra solúvel na alimentação de ratos

diabéticos. Rio de Janeiro, 116p. Dissertação de Mestrado – Mestrado em

Nutrição, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

IAC (Instituto Agronômico de Campinas). Available at:

www.iac.sp.gov.br/UniPesquisa/Fruta/Frutiferas/Maracuja.asp (accessed

16.10.11).

OLIVEIRA, L.F, NASCIMENTO, M.R. F, BORGES, S.V, RIBEIRO, P.C. N,

RUBACK, V.R. (2002). Aproveitamento alternativo da casca do maracujá amarelo

(Passiflora edulis F. Flavicarpa) para produção de doce em calda. Cien Tecnol

Aliment 22: 259-262.

ROOS, Y & KAREL, M. (1991). Water and Molecular Weight Effects on Glass

Transitions in Amorphous Carbohydrates and Carbohydrate Solutions. J. Food

Sci. pp. 1676-1681.

SCHWEIZER TF, WURSCH, P..(1991) The physiological and nutritional

importance of dietary fiber. Experientia 47: 181-186.

SENOURSI. A,. DUMOULIN. E. D. AND BERK, Z..(1995) Rentention of Diaceryl in

Milk during Spray-Dqing and Storagc, J. Food Sci., 60 (5) pp. 894- 905.

SILVA, R.; PIRES, E. A.; FILHO, A. R. D. M.; SANTOS, J. A. B. D. (2014) Análise

prospectiva do uso de spray drying na obtenção de desidratados de frutas

167

tropicais. Cadernos de Prospecção - ISSN 1983-1358, 2317-0026 (online), vol.7,

n.2, p.187-197.

TURANO, W, LOUZADA, S. R. N., DEREVI, S. C. N, MENDEZ, M. H. M.(2002).

Estimativa de consumo diário de fibra alimentar na população adulta, em regiões

metropolitanas do Brasil. Nutr Bras 3: 130-135.

WOO, M.W.; DAUD, W.R.W.; TASIRIN, S.M.; TALIB, M.Z.M.(2008) Effect of wall

surface properties at different drying kinetics on the deposition problem in spray

drying. Drying Technology, 26(1), 15–26.

YAPO, B. D, KOFFI, K. L. K. (2006). Yellow passion fruit rind a potential source of

low-methoxylpectin. J Agric Food Chem 54: 2738-2744.

169

ANEXOS

Capítulo 4

GRÁFICOS DO COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE

As Figuras 4.A a 4.D representam as curvas de viscosidade aparente

versus taxa de deformação, para a polpa de maracujá com maltodextrina e

diferentes concentrações de Farinha de casca de maracujá nas temperaturas de

25, 40, 60 e 80°C.

Figura 4.A. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de


da taxa de deformação a 25°C.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120 140

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

Pa.

s)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,6% FCM

15% FCM

170

Figura 4.B. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de



Figura 4.C. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de



0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120 140

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

Pa.

s)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,6% FCM

15% FCM

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120 140

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

Pa.

s)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,6% FCM

15% FCM

171

Figura 4.D. Comportamento da viscosidade aparente da mistura da polpa de



Nas quatro temperaturas a viscosidade aparente de todas as amostras

diminuiu com o aumento da taxa de deformação, sendo que acima de 60 s-1, a

viscosidade das amostras foi praticamente constante. Além disso, houve aumento

da viscosidade aparente com o a concentração da FCM.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120 140

Vis

cosi

dad

e a

par

en

te (

Pa.

s)


0 % FCM

3,33% FCM

7,5% FCM

11,66% FCM

15% FCM

172

ANOVAS DA ANÁLISE ESTATÍSTICA

Tabela A - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para a densidade aparente.

SQ GL MQ Fcalculado Ftabelado

Regressão 5718,71 2 2859,355 6,89 4,74

Resíduo 2903,49 7 414,784

Falta de

Ajuste 2031,15 5 406,23 6,88 19,30

Erro Puro 118,00 2 59,0

Total 10771,35 16

*Valores tabelados de F a p ≤0,05. SQ = soma quadrática, GL = grau de liberdade, MQ = média quadrática

Tabela B - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para o rendimento.


Regressão 132,713 3 44,2376 16,15 8,94

Resíduo 16,4343 6 2,7390

Falta de

Ajuste 7,0786 5 1,4157 1,77 19,30

Erro Puro 1,5973 2 0,7986

Total 157,8232 16


Tabela C - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para a umidade.


Regressão 5,3313 5 1,0662 15,61 6,26

Resíduo 0,2735 4 0,0683

Falta de

Ajuste 0,5923 5 0,1184 11,27 19,30

Erro Puro 0,0210 2 0,0105

Total 5,6048 16


173

Tabela D - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para teor de ácido ascórbico.


Regressão 7702,55 8 962,81 31,57 238,88

Resíduo 30,4900 1 30,49

Falta de

Ajuste 2351,58 5 470,31 46,38 19,30

Erro Puro 20,2900 2 10,14

Total 10104,91 16


Tabela E - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado tempo de dissolução.


Regressão 10,2091 4 2,5522 24,54 5,19

Resíduo 0,5201 5 0,1040

Falta de

Ajuste 2,4021 5 0,4804 4,66 19,30

Erro Puro 0,2060 2 0,103

Total 12,3269 16


Tabela F - Análise de variância (ANOVA) do modelo ajustado para higroscopicidade.


Regressão 2,6801 5 0,5360 8,72 6,26

Resíduo 0,2458 4 0,0614

Falta de

Ajuste 1,1356 5 0,2271 12,01 19,30

Erro Puro 0,0379 2 0,0189

Total 4,2182 16


174

Capítulo 5

FIGURAS DAS ISOTERMAS

(a)0,0%FMC (b)11,6%FCM

(c)11,6%FCM* (d)15,0%FCM

Figura 5.A. Amostras dos pós atomizados (a, b e d) e liofilizado* (c), após

equilíbrio a 25°C nas isotermas de adsorção em ordem crescente de Aw (0,1 a

0,8).

175

(a) 0%FCM (b) 11,6%FCM

(c) 11,6%FCM* (d) 15%FMSP

Figura 5.B. Amostras dos pós atomizados (a, b e d) e liofilizado* (c), após


0,8).

176

(a) 0%FCM (b) 11,6%FCM

(c) 11,6%FCM* (d) 15%FCM

Figura 5.C. Amostras dos pós atomizados (a, b e d) e liofilizado* (c), após


0,8).

177

GRÁFICOS DA DETERMINAÇÃO DA TRANSIÇÃO VÍTREA

Figura 5.D. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 0,0 %FCM atomizada por DSC.

Figura 5.E. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 11,6%FCM atomizada por DSC.

178

Figura 5.F. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 11,6%FCM liofilizada por DSC.

Figura 5.G. Gráfico da determinação da TG da amostra em pó da polpa de

maracujá com 15,0 %FCM atomizada por DSC.

universidade estadual de campinas faculdade de...

Documents