Comportamento higroscópico da farinha de pupunha (Bactris gasipaes)

Hygroscopic behavior of the pupunha flour (Bactris gasipaes)

Comportamento higroscópico da farinha de pupunha (Bactris gasipaes)

Hygroscopic behavior of the pupunha flour (Bactris gasipaes)

Cristiane D. Ferreira; Rosinelson S. Pena^*

DEQAL/UFPA - Campus do Guamá - 66075-900 - Belém (PA) - Tel.[phone] - [e-mail]

RESUMO

Avaliou-se o comportamento higroscópico da farinha de pupunha obtida por secagem em estufa a 70°C. Obteve-se dados de equilíbrio de adsorção de umidade a 15°C e 35°C, através de um método estático, onde recipientes de 500mL, contendo soluções saturadas de sais, foram utilizados como ambientes geradores de umidades relativas constantes, na faixa de 11% a 97%, aos quais foram submetidas amostras do produto. A partir dos dados de equilíbrio foram construídas isotermas de adsorção de umidade, sendo observadas isotermas do tipo III e, ainda, que a umidade de equilíbrio diminui com o aumento da temperatura. Determinou-se o calor isostérico de adsorção para diferentes níveis de umidade de equilíbrio e a umidade equivalente à monocamada, observando-se valores inferiores a 5g H₂O/100 g s.s. Verificou-se a aplicabilidade do modelo GAB na predição de dados de equilíbrio do produto. De acordo com os resultados obtidos, a farinha de pupunha apresenta baixa higroscopicidade, ou seja, baixa afinidade por moléculas de água.

Palavras-chave: atividade de água; umidade; ajustes; calor de adsorção.

SUMMARY

It was studied the hygroscopic behavior of the pupunha flour obtained by drying in the oven at 70°C. It was collected data of moisture adsorption for two temperatures (15°C and 35°C), using the static method, where the recipients with the capacity of 500mL, having saturated salt solutions, it was used as environment generators of constant relative humidity, ranging from 11% to 97%, which were submitted the samples of the product. From the equilibrium data, it was built isotherms of moisture adsorption, being observed type III isotherms, but even that the equilibrium moisture for the product decreases with the temperature increase. It was determined the isosteric heat of adsorption for different levels of equilibrium moisture and the equivalent moisture to the monolayer, which were inferior of 5g H₂O/100 g s.s. It was verified the application of the GAB model in the equilibrium data prediction for the product. According to the results obtained, the pupunha flour shows low hygroscopicity, low affinity for water molecule.

Keywords: water activity; moisture; fitting; adsorption heat.

1 - INTRODUÇÃO

A pupunheira (Bactris gasipaes) é uma palmeira nativa dos trópicos úmidos americanos, e segundo CLEMENT [5] é a única espécie da família Palmae. Produz frutos comestíveis de sabor muito apreciado, definitivamente integrados aos hábitos alimentares da Região Amazônica [17]. A polpa dos frutos, cuja composição média é apresentada na Tabela 1, é geralmente consumida após cozimento em água e sal, mas pode ser utilizada na fabricação de farinhas para usos variados [7].

Para obtenção da farinha de pupunha, utiliza-se a polpa dos frutos sem as cascas e caroços. A polpa, embora rica em gordura, é suficientemente amilácea para permitir o preparo da farinha. Análises físico-químicas comprovam que a farinha de pupunha é um alimento de alto valor energético (Tabela 2).

A água é um dos principais componentes dos alimentos. Mesmo em produtos desidratados, como a farinha, onde ocorre em baixas proporções, é um dos mais importantes, influenciando bastante sobre as características de armazenamento [21].

A umidade de um alimento é expressa pelo valor obtido na determinação da água total contida no mesmo. Entretanto, esse valor não fornece indicações de como a água está distribuída, bem como não permite saber se toda ela está ligada da mesma maneira. Desta forma, o conhecimento da distribuição da água no alimento é mais importante que simplesmente o conhecimento da umidade.

A atividade de água (a_w) é uma medida da quantidade de moléculas de água livres ou ativas, geralmente obtida em relação à pressão de vapor da água pura. Esta medida é de fundamental importância, visto que, por meio dela, podem ser previstas reações químicas e enzimáticas, e desenvolvimento de microrganismos. A partir do conhecimento da a_w pode-se, também, propor sistemas adequados de embalagem para um produto [4, 25].

Isotermas de adsorção de umidade descrevem a quantidade de água adsorvida por um produto, em dada temperatura, em função da a_w ou da umidade relativa [8]. Através das isotermas pode-se determinar a monocamada, a qual além de estar relacionada com o início de uma série de reações químicas de deterioração dos alimentos, representa o ponto de maior gasto de energia em um processo de secagem [11, 13, 20, 22].

O objetivo do trabalho é elaborar e caracterizar uma farinha, obtida a partir de uma variedade de pupunha regional e, em seguida levantar dados de equilíbrio de adsorção de umidade, para estudar o comportamento higroscópico da mesma.

2 - MATERIAL E MÉTODOS

2.1 - Matéria-prima

A pupunha utilizada foi adquirida nas feiras livres de Belém (PA).

2.1.1 - Caracterização física da pupunha

Determinou-se: diâmetro, comprimento e peso dos frutos, através da média dos valores obtidos para 50 frutos escolhidos aleatoriamente, e a composição em casca, polpa e sementes, a partir das massas totais oriundas dos mesmos frutos.

2.1.2 - Caracterização química da pupunha e da farinha

Na caracterização química da pupunha e da farinha determinaram-se os teores de umidade, lipídios, proteínas, fibras, resíduo mineral fixo (cinzas) e carboidratos, de acordo com metodologia proposta pelo INSTITUTO ADOLFO LUTZ [9].

2.2 - Obtenção da farinha de pupunha

A rotina utilizada na obtenção da farinha está representada na Figura 1.

Frutos selecionados com base na uniformidade, não existência de manchas e ausência de deterioração, foram submetidos à lavagem com água corrente, branqueados com água em ebulição durante 40 minutos, sendo, em seguida, retirados cascas e caroços. A secagem foi realizada em estufa com ar parado à 70°C, por 24 horas. O produto foi submetido à moagem, seguida de peneiramento.

2.3 - Obtenção das isotermas de adsorção

O método utilizado na obtenção dos dados de equilíbrio de adsorção foi uma modificação do método estático dos dessecadores, com umidade relativa constante, sob vácuo, proposta por KIMURA E MAEDA [12] e testada por PENA [18].

Para obter as umidades relativas constantes foram utilizadas soluções saturadas de sais, preparadas de acordo com PENA et al [19]. As umidades relativas geradas pelas soluções saturadas, nas diferentes temperaturas, foram extraídas de ROCKLAND [23].

Amostras da farinha de pupunha dispostas em recipientes de polietileno e com aproximadamente 1g, após secagem em estufa a vácuo a 70°C [1], foram acondicionadas nos potes contendo as soluções saturadas. A cada ambiente foi aplicado vácuo de 127mm Hg, transferindo-os, em seguida, para uma estufa incubadora para DBO, nas temperaturas de 15°C e 35°C ± 1°C.

O processo foi acompanhado por pesagem das amostras a cada 24 horas, até o equilíbrio. Durante este período as amostras foram submetidas à inspeção visual, para detectar quaisquer alterações perceptíveis. Todos os ensaios foram realizados em duplicata.

2.4 - Predição das isotermas de adsorção

O modelo matemático proposto por Guggenheim-Anderson-De Boer (GAB) [16] (equação 1) foi ajustado aos dados de equilíbrio de adsorção, por regressão não linear, com auxílio do aplicativo STATISTICA for Windows 5.1B.

onde:m é umidade; a_w atividade de água; m_o umidade na monocamada; c constante de Guggenheim; k fator relacionado as multicamadas.

2.5 - Determinação do calor isostérico de adsorção

O calor isostérico integral de adsorção (Q_st) foi determinado utilizando-se a equação 2.

A entalpia de vaporização da água (DH_v) foi obtida a partir de tabelas de pressão de vapor e o calor isostérico líquido de adsorção (q_st), através da equação 3; forma integrada da equação de Clausius-Clayperon.

2.6 - Determinação da monocamada

A umidade equivalente à monocamada (m_o) foi determinada através do modelo de BET (equação 4) [3], com auxílio do aplicativo STATISTICA for Windows 5.1B.

onde:m é a umidade, a_w atividade de água; m_o umidade equivalente à monocamada, C constante relacionada com o calor de adsorção.

3 - RESULTADOS E DISCUSSão

3.1 - Caracterização física e físico-química

Os dados relativos à caracterização física e a composição das pupunhas utilizadas na obtenção da farinha são apresentados na Tabela 3. Os desvios padrões obtidos nas determinações de peso, diâmetro e comprimento do fruto foram 0,21, 0,23 e 0,12, respectivamente. As composições em polpa, casca e caroço, foram obtidas a partir das massas totais, como mencionado no item 2.1.1.

Os resultados obtidos nas análises físico-químicas das pupunhas in natura e cozidas e da farinha, são apresentados na Tabela 4.

Comparando os resultados com os apresentados nas Tabelas 1 e 2, pode-se observar algumas variações, as quais são perfeitamente justificáveis com base na utilização de uma variedade de pupunha diferente.

3.2 - Isotermas de adsorção de umidade

Os dados de equilíbrio de adsorção obtidos para a farinha de pupunha são apresentados na Tabela 5 e representados graficamente nas Figuras 2 e 3.

As isotermas apresentam comportamento típico de isotermas do tipo III, de acordo com classificação da IUPAQ [10].

A pequena variação na umidade de equilíbrio em umidades relativas inferiores a 50% e a considerável variação, a partir deste valor, indicam que o produto expira maiores cuidados ao ser manipulado ou armazenado em ambientes com umidades relativas superiores a 50%. Um aumento na umidade do produto torna-o propenso ao desencadeamento de reações indesejáveis e/ou proliferação de microrganismos.

A umidade de equilíbrio apresentou uma sensível diminuição (»10%), para um aumento de 20°C na temperatura. AYERST [2] observou variações médias de 10% na umidade de equilíbrio de diversos produtos, para variações de 10°C.

A diminuição da umidade de equilíbrio com o aumento da temperatura pode ser justificada com base no aumento da pressão de vapor da água no ar e na superfície do produto. Este aumento é maior na superfície do produto, pois a mesma apresenta maior número de moléculas de água que o ar. Maior pressão de vapor implica em maior perda de água, para que se atinja o equilíbrio.

3.3 - Ajuste do modelo de GAB

Os parâmetros do ajuste do modelo de GAB aos dados de equilíbrio são apresentados na Tabela 6. As constantes m_o, c e k, estão dentro da faixa encontrada por LOMAURO et al. [14, 15], para alimentos com diversas composições.

Os bons ajustes da equação de GAB aos dados de equilíbrio são evidenciados pelos valores de r (coeficiente de regressão), apresentados na Tabela 6, podendo ser visualizados nas representações gráficas das Figuras 2 e 3.

3.4 - Cálculo do calor isostérico de adsorção

Os calores isostéricos líquidos de adsorção foram determinados em diferentes níveis de unidade, a partir dos dados de equilíbrio de adsorção. Os calores isostéricos integrais de adsorção foram obtidos acrescentando-se aos calores líquidos, o calor latente de vaporização da água (DH_v), na temperatura máxima de trabalho (35°C), o qual é 43,5 kJ/mol. A representação gráfica dos dados está na Figura 4.

Observa-se a ocorrência de calores inferiores ao calor latente de vaporização da água, não esperado, visto que a menor quantidade de calor necessária para evaporar a água é o calor latente de vaporização. Os erros observados chegam no máximo a 3%, podendo ser justificados pelo acúmulo de erros na obtenção de valores de a_w, em cada umidade. Estes valores foram determinados a partir das equações obtidas com os ajustes matemáticos.

A Figura 4 evidencia que a umidade equivalente à monocamada deve ser inferior a 5g H₂O/100g s.s., visto que só abaixo deste valor o calor isostérico integral de adsorção passa a ser maior que o calor latente de vaporização da água, indicando interações mais fortes entre moléculas de água e os sítios de superfície do produto.

Comparando as umidades de equilíbrio máximas: 50,3g H₂O/100g s.s. para 15°C e 43,8g H₂O/100g s.s. para 35°C, com o valor de 5g H₂O/100g s.s., constata-se que a maior parte da água é adsorvida no produto, através de condensação capilar ou outros fenômenos físicos que envolvem pequenas quantidades de energia, ou seja, interações muito fracas entre as moléculas de água e o soluto. Isso indica a baixa higroscopicidade da farinha de pupunha, a qual é confirmada pela aglomeração do produto, que ocorreu para o mais alto nível de umidade relativa, ao qual foi exposto o produto (97% a 15°C e 96% a 35°C).

3.5 - Determinação da monocamada

As umidades equivalentes à monocamada (m_o), determinadas por BET, são apresentadas na Tabela 7, juntamente com os coeficientes de regressão (r).

Os valores de m_o nas duas temperaturas de trabalho são inferiores a 5g H₂O/100g s.s., como havia sido predito através dos calores isostéricos de adsorção. Observa-se, ainda, um aumento no valor de m_o com a temperatura. Apesar deste comportamento não ser muito comum, dois mecanismos podem ser utilizados para justificá-lo. Um aumento na temperatura pode: provocar modificações na estrutura física do produto, disponibilizando um maior número de sítios ativos com afinidade por moléculas de água, ou um aumento na solubilidade de solutos intrínsecos ao produto, fazendo com que um maior número de moléculas de água fiquem retidas na monocamada. A solubilidade é o resultado de um fenômeno de solvatação.

Comparando os valores de m_o determinados pelas equações BET (Tabela 7) e GAB (Tabela 6), observa-se que o comportamento frente à temperatura se manteve, mas os valores obtidos por GAB são superiores aos de BET e se aproximam mais do valor de m_o sugerido pelo comportamento dos calores de adsorção.

A equação BET não fornece bons resultados na determinação de m_o para produtos com isotermas características do Tipo III [24], que é o caso do produto. Os coeficientes de regressão podem ser utilizados como parâmetro de comparação para justificar, de fato, os melhores ajustes para a equação GAB. Desta forma os valores de m_o determinados por GAB apresentam uma maior confiabilidade.

4 - CONCLUSÕES

• A farinha de pupunha pode ser obtida por um processo de secagem simples da polpa da pupunha

  in natura, mantendo grande parte de seus constituintes nutricionais originais, o que indica a viabilidade de sua produção.

• Os dados de equilíbrio de adsorção, obtidos para a farinha de pupunha, indicam que o produto apresenta baixa higroscopicidade.

• A umidade de equilíbrio diminui com o aumento da temperatura, indicando mudanças nos mecanismos de interação da água com os sítios de superfície do produto, ou nos próprios sítios.

5 - REFERENCIAS

Recebido para publicação em 21/02/2002. Aceito para publicação em 06/01/2003 (000806)

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A quem a correspondência deve ser enviada

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  12 Abr 2004
• Data do Fascículo
  Ago 2003

Histórico

• Recebido
  21 Fev 2002
• Aceito
  06 Jan 2003