PERMEABILIDADE DA CASCA DE UVA ITÁLIA!

Ana Lúcia GABAS2, Javier TELIS-RüMERü3, Florencia Cecília MENEGALLI4

RESUMO

Estudou-se a permeabilidade à água da casca de uva Itália. As medidas de permeabilidade foram realizadas por meiode células acopladas a um secador, com controle da umidade relativa do ar. Mediu-se a transferência de água através dacasca de uvas mantidas em contato com soluções aquosas de glicose de um lado, e expostas ao ar a diferentes tempera­turas do outro. Considerou-se a influência de pré-tratamentos químicos, da concentração de soluções de glicose, datemperatura do ar de secagem e da espessura da casca. A permeabilidade variou com a temperatura de acordo com umaequação do tipo Arrhenius. A energia de ativação foi de 6,94 kcal/mol K e 7,46 kcal/mol K para as uvas com e sem pré­tratamento químico, respectivamente. Um aumento gradativo na concentração de glicose de 10 a 70% causou umdecréscimo de mais de 50% no valor da permeabilidade da casca de uva. A permeabilidade aumentou de 15,7 x 10-8 para36,S x 10-8 g.cm/atm.cm2.s em função do aumento de Oa 3% na concentração de oleato de etila, principal pré-tratamentoquímico utilizado nas uvas. As diferentes espessuras das cascas de uva das variedades Itália, Rubi, Red Globe e Thomp­son influenciaram a permeabilidade somente na ausência de pré-tratamentos, confirmando ser a película de cera contidanas frutas a principal barreira efetiva contra o processo de desidratação.

PALAVRAS-CHAVE: Permeabilidade; Uva; Pré-tratamento químico; Desidratação.

SUMMARY

PERMEABILITY OF ITALY GRAPE SKINS

The purpose of this work was to study the water permeability of the skin of the Italy variety of grape. Permeabilitymeasurements were carried out by means of cells connected to a dryer with controlled rela tive humidity. Water loss wasmeasured by maintaining the grape skin in contact with aqueous glucose solutions on one side and exposing then to airat different temperatures on the other side. The effects of the chemical pretreatments, glucose concentration, air dryingtemperature and skin thickness were considered. The permeability varied with temperature according to an Arrheniustype equation. The values of activation energy obtained for grapes with and without chemical pretreatments were 6.94kcal/mol K and 7.46 kcal/mol K, respectively. The influence of glucose concentration became evident when a gradualincrease from 10 to 70% in its levei caused a decrease of more than 50% in the skin permeability. 5kin permeabilityincreased from 15.7 x 10-8 to 36.5 X 10-8 g.cm/ atm.cm2.s with increasing concentration of ethyl oleate from O to 3%, themain chemical pretreatment used with the grapes. The different skin thicknesses of the Italy, Ruby, Red Globe andThompson grape varieties showed a significant effect only in the absence of pretreatment, showing that the cuticularwax involving the fruits is the main barrier against dehydration.

KEY WORDS: Permeability; Grape; Chemical pretreatment; Dehydration

1 Recebido para publicação em 29/09/1998. Aprovado para publicação em 16/12/1998.2 Departamento de Engenharia de Alimentos - UNICAMP - c.P. 6121 - CEP 13083-970 - Campinas, SP - e-mails:gabas@ceres.fea.unicamp.br - gabas@eta.ibilce.unesp.br.3 Departamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos - UNESP - c.P. 136 - CEP 15054-000 - S.]. Rio Preto, SP - e-mail:javier@eta.ibilce.unesp.br.4 Departamento de Engenharia de Alimentos - UNICAMP - c.P. 6121 - CEP 13083-970 - Campinas, sr - e-mail:fcm@ceres.fea.unicamp.br.

90 Braz. J. Food Technol., Campinas, 1(1,2): 90-96, jan/dez.1998:-~----------~---_-.1

2.2 Métodos

2.1 Material

2. METODOLOGIA

(1)(g.cm/atm.cm2.s)

Foram utilizadas uvas de mesa (Vitis vinifera) davariedade Itália, produzidas na região de Jales-SP sobmaturação completa, polpa firme, casca verde ou le­vemente amarelada e com um peso médio de 9,47 ±l,OOg. No intervalo entre a colheita e a realizaçãodos experimentos, as frutas foram conservadas emcâmara frigorífica a 7°C. Em todos os experimentosrealizados, as uvas que estavam fora do padrão dematuração, bem como as que apresentavam manchas,doenças e injúrias mecânicas foram descartadas.

Na desidratação de frutas inteiras, como é o caso dauva, a permeabilidade da casca atua como uma mem­brana semipermeável que controla a taxa de transferên­cia de água do interior do fruto para o meio externo.Uma aproximação conveniente é supor que a resistên­cia à transferência de massa é devido à casca, de formaque, a cinética de secagem seria governada pelo proces­so de permeação da água através da casca e a taxa desecagem seria igual à taxa de permeação.

MASTROCOLA et ai. (1997) avaliaram a permeabi­lidade da ameixa aplicando diferentes pré-tratamen­tos, a fim de modificar sua película cerosa e aumen­tar a taxa de transferência de massa durante a seca­gem. Para a obtenção dos dados experimentais, osautores utilizaram um higrômetro, capaz de quanti­ficar o índice de permeabilidade das amostras. Osresultados demonstraram que os produtos com altapermeabilidade da casca também tiveram tempos desecagem mais baixos. ANDRICH et ai. (1997) anali­saram o efeito da temperatura na permeabilidade dacasca de maçãs ao oxigênio e ao gás carbônico, arma­zenadas em atmosferas controladas. Enquanto ne­nhum efeito na temperatura foi observado em relaçãoao O

2, um pequeno, mas significante aumento do coe­

ficiente de difusão foi detectado para o CO2quando a

temperatura foi aumentada de 1 para 21°C.O objetivo deste trabalho foi estudar a permeabili­

dade à água da casca de uva Itália, considerando ainfluência de pré-tratamentos químicos, concentra­ção de glicose, temperatura do ar de secagem e espes­sura da casca.

A permeabilidade da membrana ao vapor de água foiobtida através de uma curva de evaporação, de acordocom a relação apresentada por SARAVACOS (1995):

1. INTRODUÇÃO

o mercado de frutas secas no Brasil é representadoprincipalmente por uvas, onde praticamente toda auva-passa consumida é importada da Califórnia,Argentina e Chile. Aproximadamente 50% da produ­ção mundial de passas é originária da Califórnia(EUA). Outros países cuja produção é expressiva são:Turquia, Austrália, Grécia, Irã, África do Sul e Espa­nha (SOMOGYI, LUH, 1986).

A produção de uvas de mesa vem crescendo cons­tantemente no país, principalmente nos estados deSão Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul e no Vale doRio São Francisco (GABAS, 1998). Isso faz com queexista um grande potencial para o aproveitamento deexcedentes de produção, que poderiam ser transfor­mados em passas, reduzindo desperdícios.

Atualmente, diversos trabalhos têm sido publica­dos envolvendo a desidratação de uvas, como porexemplo, o de GHIAUS et aI. (1997), que projetaram eotimizaram os parâmetros de secagem convectiva paraa obtenção de uva-passa de alta qualidade, com umtempo mínimo de secagem. VÁZQUEZ et aI. (1997),estudando a cinética de secagem dessa fruta num se­cador com bomba de calor, analisaram o efeito dascondições de secagem, dos pré-tratamentos químicose da aparência do produto final, como a cor e a textu­ra. Nas condições operacionais consideradas, os au­tores obtiveram um modelo satisfatório para repre­sentar a cinética de secagem considerando o encolhi­mento. Analisando-se o efeito do pré-tratamento quí­mico durante o processo de secagem, FEMENIA et aI.(1998) forneceram importantes informações sobre asprincipais mudanças na composição e na estruturados componentes da parede celular da uva. GABASet aI. (1998) relataram que a dependência da tempera­tura na sorção de água da polpa de uva Itália é maisacentuada quando comparada com a casca, devidoàs diferenças na constituição de ambas.

Em uvas frescas, a casca e, especialmente a fina ca­mada de cera que a cobre, constituem uma barreira efe­tiva contra a desidratação e deterioração de sua textu­ra, além de dificultar o ataque microbiano. Essa consti­tuição da parte externa das uvas é também um proble­ma de grande importância para obtenção de produtosdesidratados. Assim, as uvas devem sofrer um pré-tra­tamento antes de serem submetidas ao processo de se­cagem, reduzindo a resistência ao transporte de água(BARNEIT, 1980). O mecanismo de ação do pré-trata­mento químico depende do tipo de solução utilizada.Os resultados obtidos com as frutas tratadas com solu­ção de oleato de etila e carbonato de sódio ou potássiolevaram PONTING, MC BEAN (1970) a afirmar que apelícula de cera não é eliminada, ocorrendo apenas umamodificação na sua estrutura física.

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onde:

dE/dt = taxa de evaporação (g/s); L = espessurada casca (cm); A = área da parte exposta da casca dauva (cmZ); PI = pressão parcial da água na solução(atm); pz = pressão parcial da água no ar (atm).

secador de leito fixo, descrito anteriormente por GA­BAS (1998). A representação de uma das células utili­zadas na medida da permeabilidade pode ser vistana Figura 1.

FIGURA 1. Célula na câmara de ensaio.

AR

2.2.2 Espessura da casca (1)

2.2.3 Pressões parciais PI e Pz

(2)

Casca

r/ 2~- Diâmetro interno = 1,75cm

i Solução de glicose13,7 cm f----l V

....../ V Tampa (área intema =2,44cm2)

.J:........c=====r--­~

llll lo----+--

A atividade de água da solução de glicose foi de­terminada utilizando-se a Equação de Norrish, des­crita por CHIRIFE et alo (1980):

aw = X1 exp(- KX~)

As medidas de espessura da casca foram realiza­das através de duas lâminas de vidro e um micrâme­troo Primeiramente, as uvas foram submetidas a umprocesso de congelamento, a fim de facilitar a retira­da das cascas, que após serem cuidadosamente re­movidas, sofreram uma lavagem com solução de ben­zeno-tolueno para a remoção dos restos de polpa ade­ridas na mesma. As duas lâminas de vidro juntas fo­ram medidas com o auxílio do micrâmetro, em segui­da mediu-se a espessura do conjunto formado pelacasca colocada entre as duas lâminas de vidro. Esteprocedimento foi realizado com 20 repetições.

Para o estudo da influência da espessura da cascasobre a permeabilidade, foram utilizadas outras va­riedades de uva além da Itália, ou seja, uvas Rubi,Red Globe e Thompson, que apresentam diferentesespessuras.

onde:XI e Xzsão as frações molares da água e do soluto na

solução, respectivamente, e K é a constante de correla­ção, que no caso da glicose, é 2,25 (CHIRIFE et al., 1980).

2.2.1 Células de medida

As medidas da permeabilidade foram realizadaspor meio de duas células, que consistiam de recipien­tes de vidro pirex de 13,7 e 12,7cm de altura, respecti­vamente, e 1,76 e 1,10cm de diâmetro interno, fecha­dos com tampas de plástico resistentes a altas tempe­raturas. Estas tampas possuíam um furo circular comárea interna de 2,44cmze 0,96cmz. O interior dos reci­pientes cilíndricos foi preenchido com uma soluçãode glicose em concentrações de 10 a 70%. De acordocom BELITZ, GROSH (1985) a uva possui aproxima­damente 8,2% de glicose em sua composição quími­ca, considerada em porcentagem do peso fresco daporção comestível. Ao serem submetidas à secagem,as uvas sofrem um aumento na concentração destemonossacarídeo.

As cascas, cuidadosamente removidas das bagas,foram introduzidas entre as células e as tampas, sen­do fixadas através do rosqueamento das mesmas.Durante os experimentos, a tampa suportando a mem­brana foi colocada perpendicularmente ao escoamen­to de ar (convecção forçada) num gabinete com 12%de umidade relativa e à temperatura constante deaproximadamente 50°C, exceto durante a análise doefeito da temperatura sobre a permeabilidade, onde afaixa utilizada variou entre 30 e 50°C. As células fo­ram colocadas na posição invertida, de forma que asuperfície interna da casca fosse mantida em contatocom a solução de glicose e a superfície externa ficas­se exposta ao ar.

No início de cada experimento, as células forampesadas e posicionadas na câmara de ensaio. A par­tir deste ponto (t=O), as amostras foram pesadas emintervalos de 6 horas. Com os dados obtidos, cons­truiu-se a curva de evaporação correspondente, naforma de um gráfico de massa de água evaporada emfunção do tempo. A inclinação dessa curva forneceu

o valor de d%t, utilizado na Equação (1).

Para a realização dos experimentos, utilizou-se um

Essas medidas foram realizadas em duplicata, eos valores obtidos da taxa de evaporação apresenta­ram coeficientes de determinação (RZ) na faixa de0,992 a 0,998. As células necessárias ao desenvolvi­mento dos experimentos são descritas a seguir.

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onde:

2.2.4 Correção da concentração da solução de glicose

••

• Com Tratamento0Iealo=2,5%Na 2CO,=2.0%

o Sem Tratamento••

~ 30

~ 25

§ 20C>

35

40

1= 15x

iS 10

A influência da concentração de glicose foi eviden­ciada, pois um aumento gradativo da mesma causouum decréscimo na permeabilidade da casca da uva.A Figura 2 comprova essa influência, principalmentepara a uva submetida ao pré-tratamento químico.Neste caso, a partir da concentração mínima estuda­da (10%), até a máxima (70%), a permeabilidade di­minuiu de 32,7 para 11,8 g.cm/ atm.cmz.s.

3.1 Efeito da concentração de glicose

10 20 30 40 50 60 70

aicose(%)

FIGURA 2. Efeito da concentração de glicose na per­meabilidade à água da casca de uva Itália.

Para o pré-tratamento químico da fruta, foi utiliza­do como agente ativo o oleato de etila (C

ZOH

380) de

grau técnico 99%, marca Sigma, misturado ao carbo­nato de sódio (NazC0

3). Dissolveram-se quantidades

pré-determinadas de oleato de etila em solução alca­lina, adicionando lentamente o óleo sob agitaçãomecânica. O pré-tratamento das uvas consistiu emimersão durante 30 segundos na emulsão correspon­dente, mantida a 50°C, seguida por lavagem em águacorrente.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

2.2.5 Pré-tratamento químico das uvas

Desta forma, foi possível determinar a influênciada variação do gradiente de concentração (PI - pz ) napermeabilidade.

(5)

(3)

(6)

P1 = a w X Poonde:

aw = atividade de água; P1 = pressão parcial da

nG = número de moles de glicose presentes nao

Através da aw e com os valores tabelados de pres­são de vapor da água pura nas temperaturas utiliza­das, calculou-se a pressão parcial da água na solu­ção de glicose (PI) de acordo com a Equação (3).

água na solução de glicose (atm); Po = pressão de

vapor da água pura na temperatura de medida (atm).

UR =umidade relativa do ar; P2 =pressão par­

cial da água no ar (atm).

Durante a realização das medidas de permeabili­dade, devido à evaporação da água, a concentraçãoda solução de glicose sofria uma certa variação, deforma que a pressão parcial da água nessa solução(PI) não era constante.

Para considerar essa variação, foi efetuada umacorreção, de acordo com o procedimento descrito aseguir:

1) A cada pesagem da célula, determinou-se a mas­sa de água evaporada, possibilitando o cálculo dasnovas frações molares de água (Xl) e glicose (X) dasolução, dadas por:

Utilizando-se as temperaturas de bulbos seco eúmido obtidas durante os ensaios, determinou-se aumidade relativa do ar. Dessa forma, a pressão parci­al da água no ar (pz) foi calculada com o auxílio daEquação (4).

P2 = UR X Po (4)

onde:

solução inicial; nA = número de moles de água pre­o

sentes na solução inicial; E = massa de água evapo­

rada.2) Com os novos valores de Xze Xl determinou-se a

nova pressão parcial PI'

O efeito da concentração de glicose na permeabili­dade à água da casca de uva Itália foi semelhante aoobservado por RIVA, MASI (1986). De acordo comestes autores, a diminuição da permeabilidade com o

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93

função do inverso da temperatura absoluta (K), para asuvas tratadas e não tratadas. A permeabilidade à águaaumentou com o aumento gradativo da temperatura.

0,00305 0,00310 0,00315 0,00320 0,00325 0,00330

1/T(K1)

FIGURA 4. Efeito da temperatura sobre a permeabili­dade à água da casca de uva Itália.

aumento da concentração de glicose se deveu ao au­mento da viscosidade da fase líquida no interior dacélula, dificultando a difusão da água. Isso implicaem que a permeabilidade determinada experimental­mente é, na realidade, um coeficiente global de trans­ferência de massa. A permeabilidade real da cascapoderia ser calculada somente através do estabeleci­mento de um modelo e do tratamento numérico dosdados.

3.2 Efeito do pré-tratamento químico

Pode ser observado, a partir da Figura 3, que o au­mento da concentração de oleato de etila no pré-tra­tamento químico das uvas elevou em aproximada­mente 40% a permeabilidade à água da casca. O au­mento da permeabilidade devido ao pré-tratamentorefletiu na cinética de secagem dessa variedade deuva, estudada por GABAS (1998), onde verificou-seque, a partir de concentrações de 2 e 3% de oleato deetila, houve um aumento de aproximadamente 50 e70% sobre a taxa de secagem, respectivamente.

16

•14

-;; •); 12Eiii- 10§ci>

'" 8~x

13 6

4

• Com Tratamento0Iealo=2,0%Na2CO)=2,O%

o Sem Tratamento

•

40,-----------------------,

~ 35C/)

(\I'

E~ 30Eãí

E 25ucil

ceo 20

xIo 15

Glicose = 10%

NazC03 =2,0%

•

•

••

O estudo da influência da temperatura na permea­bilidade foi realizado ajustando-se a equação de Ar­rhenius aos dados experimentais da Figura 4:

(7)

onde:Po == constante da equação; E

a== a energia de ativação

do processo de permeação (kcal/mol K); R == constantedos gases a/moI K); T == temperatura absoluta (K).

3.3 Efeito da temperatura

Outros tipos de pré-tratamentos químicos são utili­zados por RIVA, MASI (1986), porém o oleato de etilaaumentou a permeabilidade da casca ao vapor de água,mesmo quando utilizado em baixas concentrações.

Para uvas com e sem pré-tratamento químico, fo­ram calculados valores de energia de ativação de 6,94kcal/mol K e 7,46 kcal/mol K respectivamente, comcoeficientes de determinação do ajuste de 0,98 e 0,99,e níveis de significância menores que 5%.

RIVA, MASI (1986) estudaram o efeito da tempera­tura sobre a permeabilidade da uva Itália e obtive­ram uma energia de ativação de 4,51 kcal/mol K, paraas uvas sem pré-tratamento químico. A partir desteresultado, pode-se observar que a permeação da águaatravés da casca não tratada requer uma energia deativação um pouco maior que para a uva com pré­tratamento.

3.02.52.01.00.50.0 1.5

% Olooto

FIGURA 3. Efeito do pré-tratamento sobre a permea­bilidade à água da casca de uva Itália.

O efeito da temperatura do ar de secagem, na per­meabilidade à água da casca da uva, pode ser obser­vado na Figura 4, que mostra a permeabilidade em

3.4 Efeito da espessura da casca

A permeabilidade da casca da uva em função de

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sua espessura, sem pré-tratamento, em concentraçõesde glicose de 10 e 50%, pode ser observada na Figura5, enquanto a Figura 6 apresenta resultados para uvastratadas.

Nota-se que a diminuição da espessura da uva davariedade Thompson para a variedade Itália, ou seja,de 0,043 ± O,OOlcm para 0,0301 ± O,OOlcm respectiva­mente, considerando a concentração de glicose iguala 10%, resultou num aumento de aproximadamente46% na permeabilidade. A princípio, poderia se pen­sar que o aumento na permeabilidade deveu-se à di­minuição da espessura da casca. Entretanto, como seobserva na Figura 6, o pré-tratamento químico anu­lou completamente o suposto efeito da espessura.

9cheio: Glicose = 10% Variedade

8 vazio: Glicose = 50% • o Itália

• o Rubi'";;;7 ~ v Red Globe"I. • o Thomps:JnE() 6E(ij--5 oE()

~4o

"b~

x 3IO o

2

0.030 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040 0.042 0.044

Espessura (cm)

Dessa forma, pode-se concluir que a variação dapermeabilidade nas diferentes variedades de uvapoderia ser atribuída à constituição da camada decera que envolve a casca, já que a quantidade de cerapode variar de acordo com a safra, variedade ou mes­mo com o manuseio da fruta.

4. CONCLUSÕES

- A permeabilidade à água das cascas foi influencia­da pela temperatura do ar de secagem, concentração deglicose e pré-tratamentos químicos, porém a espessurada casca apresentou influência somente na ausência depré-tratamentos.

- A influência do pré-tratamento químico sobre a per­meabilidade à água da casca de uva Itália foi maior queo efeito produzido pela temperatura do ar.

- O estudo do efeito do pré-tratamento químico sobrea permeabilidade da casca de uva permitiu a confirma­ção de que a película de cera que a recobre é a principalbarreira à transferência de massa no processo de seca­gem dessa fruta.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq (Processo No.521168/961) pelo apoio financeiro e à CooperativaFrupeg de Jales - SP, pela doação da matéria-prima.

0.030 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040 0.042 0.044

FIGURA 5. Efeito da espessura sobre a permeabilida­de da casca de uva, sem pré-tratamento.

Espessura (cm)

FIGURA 6. Efeito da espessura sobre a permeabilida­de da casca de uva com pré-tratamento de oleato deetila 10% e carbonato de sódio 6%.

48

46

","1 44g~ 42--g 40d>

<Xl

~ 38x

IO 36

34

cheio: Glicose = 10% Variedadevazio: Glicose = 50% • o Itália

• o Rubi~ v Red Globe

• o Thomps:Jn

•• • ~

()(")

~ v

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