PRODUÇÃO DE PÓ DE BANANA VERDE E MADURA ATRAVÉS …...Figura 3.4- Pó de banana obtido pelo método de secagem em camada de espuma.....48 Figura 3.5- Tabela para Teste de comparação

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Centro de Tecnologia

Departamento de Engenharia Química

Programa de Pós-graduação em Engenharia Química

TESE DE DOUTORADO

PRODUÇÃO DE PÓ DE BANANA VERDE E MADURA ATRAVÉS DA

SECAGEM EM CAMADA DE ESPUMA – OTIMIZAÇÃO DAS

CONDIÇÕES DE PROCESSO E AVALIAÇÃO DO PRODUTO

Camilla Emanuelle Mendes Rocha Gurgel

Orientadora: Profª. Drª. Maria de Fátima Dantas de Medeiros

NATAL/RN

NOVEMBRO/2019

CAMILLA EMANUELLE MENDES ROCHA GURGEL

PRODUÇÃO DE PÓ DE BANANA VERDE E MADURA ATRAVÉS DA

SECAGEM EM CAMADA DE ESPUMA – OTIMIZAÇÃO DAS

CONDIÇÕES DE PROCESSO E AVALIAÇÃO DO PRODUTO

Tese de doutorado apresentada ao Programa de

Pós-Graduação em Engenharia Química da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

como parte dos requisitos para obtenção do

título de Doutora em Engenharia Química, sob

a orientação da Drª. Maria de Fátima Dantas de

Medeiros.

NATAL/RN

NOVEMBRO/2019

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Gurgel, Camilla Emanuelle Mendes Rocha.

Produção de pó de banana verde e madura através da secagem em

camada de espuma: otimização das condições de processo e avaliação

do produto / Camilla Emanuelle Mendes Rocha Gurgel. - 2020.

120 f.: il.

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em

Engenharia química. Natal, RN, 2019.

Orientadora: Profa. Dra. Maria de Fátima Dantas de Medeiros.

1. Secagem - Tese. 2. Ajuste de modelos - Tese. 3. Sensorial

- Tese. I. Medeiros, Maria de Fátima Dantas de. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 66.0

Elaborado por Kalline Bezerra da Silva - CRB-15 / 327

GURGEL, C. E. M. R. Produção de pó de banana verde e madura através da secagem em

camada de espuma – otimização das condições de processo e avaliação do produto. Tese de

Doutorado. UFRN, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Área de

concentração: Engenharia Química, Linha de pesquisa: Tecnologia e Engenharia de Alimentos.

Natal, RN, Brasil, 2019.

Orientadora: Profª. Dr.ª Maria de Fátima Dantas de Medeiros.

Resumo: Estudou-se a secagem das espumas de bananas verde e madura com albumina,

considerando como variáveis independentes a concentração de albumina (2,5; 5,0 e 7,5%),

temperatura de secagem (60, 70 e 80 °C) e a espessura da camada de espuma (0,8; 1,3 e 1,8 ±

0,02 cm). Os experimentos foram realizados conforme um planejamento experimental 33, com

2 repetições no ponto central. Investigou-se o efeito da concentração de albumina e do tempo

de batimento na densidade e expansão das espumas. Foram obtidas as curvas de secagem e

ajustados os modelos de Page e Midilli, aos dados experimentais de razão de umidade em

função do tempo ao longo de todo o período de secagem e o modelo Fick aos dados do período

de taxa decrescente. Avaliou-se o efeito da temperatura (60°C, 70°C, e 80°C) sobre as

características físico químicas dos pós obtidos na secagem das espumas com 5% de albumina

e espessura de 0,8 cm. Determinou-se a umidade, o teor de sólidos solúveis, pH, atividade de

água, solubilidade e higroscopiscidade dos pós. Além da composição nutricional foram

analisados os teores de ácido ascórbico e compostos fenólicos e a capacidade antioxidante dos

produtos em pó. O tempo de batimento e a concentração que resultou na maior expansão foram

4 minutos e 5% de albumina. Identificaram-se em todas as curvas de secagem um período de

taxa constante e outro de taxa decrescente. Os efeitos das variáveis independentes sobre os

parâmetros de secagem foram avaliados, observando-se através das análises estatísticas o efeito

da temperatura e espessura nas taxas de secagem tanto no período de taxa constante, como na

taxa média de secagem considerando os períodos de taxas constante e decrescente. As variáveis

de operação apresentaram efeitos significativos sobre a difusividade efetiva, entretanto foram

verificados efeitos opostos da concentração de albumina e espessura para as bananas verde e

madura. Para ambas os estágios de maturação, os pós resultantes da secagem das espumas e da

liofilização apresentaram umidade e atividade de água baixas e características não

higroscópicas, concluindo-se que a caracterização dos mesmos atende as normas brasileiras

estabelecidas para produtos agroindustriais. A análise sensorial mostrou que a formulação de

uma vitamina com adição de 30% do pó da banana madura e leite estatisticamente não diferiu

em sabor da mistura elaborada com banana in natura e leite.

Palavras chaves: Secagem; Albumina; Ajuste de modelos; Coeficiente de difusividade;

Sensorial.

GURGEL, C. E. M. R. Production of green and ripe banana powder through drying in a foam

mat - optimization of process conditions and product evaluation. Doctorate Thesis. UFRN,

PPGEQ, Natal, RN, Brazil, 2019.

Advisor: Profª. Dr.ª Maria de Fátima Dantas de Medeiros.

Abstract: The drying of green and ripe banana foams with the addition of albumin was studied,

considering albumin concentration (2.5; 5.0 and 7.5%), drying temperature (60, 70 and 80 °) as

independent variables. C) and the thickness of the foam layer (0.8; 1.3 and 1.8 ± 0.02 cm). The

experiments were carried out according to an experimental plan 33, with 2 repetitions at the

central point. The effect of albumin concentration and beat time on foam density and expansion

was investigated. The drying curves were drawn and the Page and Midilli models were adjusted

to the experimental data of humidity ratio as a function of time throughout the drying period

and the Fick model to those of the decreasing rate period. It evaluated the effect of temperatures

(60 ° C, 70 ° C, and 80 ° C) on the physical and chemical characteristics of the powders obtained

from drying the foams with 5% albumin and 0.8 cm thickness. Moisture, soluble solids content,

pH, proximate composition, water activity, apparent and tested density, fluidity, solubility and

hygroscopicity of the powders were determined, in addition to the ascorbic acid content,

phenolic compounds and antioxidant capacity. The beating time and concentration that resulted

in the greatest expansion was 4 minutes and 5% albumin. A period of constant rate and another

of decreasing rate were identified in all drying curves. The effects of the independent variables

on the drying parameters were evaluated, observing through the statistical analysis the effect of

temperature and thickness on the drying rates both in the period of constant rate, and in the

average rate of drying considering the periods of constant rates and decreasing. The operating

variables showed significant effects on the effective diffusivity, however, opposite effects of

albumin concentration and thickness were verified for green and ripe bananas. For both fruits,

the powders resulting from drying the foams and freeze-drying showed low humidity, water

activity and non-hygroscopic, concluding that the characterization of the banana powders was

satisfactory and is in accordance with the Brazilian standards established for agro-industrial

products. Sensory analysis showed that the formulation of a vitamin with the addition of 30%

of the ripe banana powder and milk did not differ in flavor from the mixture made with fresh

banana and milk.

Keywords: Drying; Albumin; Model adjustment; Diffusivity coefficient; Sensory.

Agradecimentos

À Deus, pela saúde, por suas bênçãos e proteção. Por iluminar o meu caminho para seguir a

diante.

Aos meus pais, Clidenor (in memoriam) que certamente estaria muito orgulhoso da filha e

Telma, por me apoiar em todas as minhas escolhas e necessidades. Obrigada pelo amor,

educação, cuidado, paciência e carinho que me deram em todos os momentos da minha vida.

Ao meu querido marido Thiago, pelo carinho, cumplicidade, paciência, incentivo e grande

apoio durante toda a graduação e pós- graduação e aos meus amados filhos Guilherme e Marina,

que são a minha alegria de vida, sem vocês eu não conseguiria.

As minhas queridas irmãs Tereza e Andréia, pelo amparo e apoio nos momentos difíceis. Aos

meus sobrinhos pelos momentos de descontração.

À minha orientadora, Professora Maria de Fátima Dantas de Medeiros, por toda sua orientação

durante o mestrado e doutorado. Pela paciência e dedicação com a qual me orientou, por todas

as discussões e conselhos e que serviram para o desenvolvimento deste trabalho.

Aos professores das bancas de qualificação e defesa Marcello Maia de Almeida, Odelsia Leonor

Sanchez de Alsina, Kátia Cristina Borges, Thayse Nayanne Pires Dantas, Marcia Regina da

Silva Pedrini, por participarem da banca de defesa da dissertação e por todas as sugestões de

melhoria deste trabalho.

À Thayse Nayanne, pela ajuda, pelos ensinamentos e experiências compartilhadas durante todas

as partes deste trabalho.

As amigas e companheiras de pós-graduação Cinthia, Juliana, Suziani, Izadora Machado

(Dorinha) e Judit pela ajuda e grande parceria, pelo apoio nos momentos de desânimo e pelos

grandes momentos de descontração e bate papos.

Aos amigos de laboratório de Engenharia de Alimentos, Taise, Francisca e Fabinho pela ajuda

nas análises.

Aos funcionários do PPGEQ, pela disponibilidade e atenção.

A UFRN e CAPES pela oportunidade e a todos muito obrigada!

Sumário 1. Introdução..............................................................................................................14

1.1 Objetivo geral; ..................................................................................................16

1.2 Objetivo específico............................................................................................16

2. Revisão bibliográfica.............................................................................................19

2.1 Características botânicas, morfológicas e de cultivo de banana (Musa ssp)

...........................................................................................................................19

2.2 Banana (Musa ssp.) ..........................................................................................20

2.2.1 Banana verde...................................................................................23

2.3 Secagem............................................................................................................25

2.4 Secagem em camada de espuma - foam-mat drying.........................................28

2.4.1 Agente Espumante..........................................................................32

2.5 Liofilização........................................................................................................34

2.6 Modelos de Secagem.........................................................................................35

2.6.1 Coeficiente de Difusividade............................................................37

2.7 Produtos desidratados em pó............................................................................38

2.8 Higroscopicidade...............................................................................................38

2.9 Avaliação sensorial............................................................................................39

3. Materiais e métodos..............................................................................................42

3.1 Matérias prima...................................................................................................42

3.2 Ensaios de secagem...........................................................................................42

3.3 Ajuste do Modelos............................................................................................42

3.4 Difusividade Efetiva.........................................................................................44

3.5 Processamento da banana..................................................................................44

3.6 Preparação das espumas....................................................................................45

3.7 Secagem em Camada de Espuma......................................................................46

3.8 Liofilização........................................................................................................47

3.9 Caracterizações do purê de banana pacovan.....................................................48

3.9.1 Caracterização química e físico-química........................................48

3.9.2 Caracterização física.......................................................................49

3.10 Análise da morfologia das espumas...........................................................50

3.11 Caracterização dos pós de banana liofilizados e em camada de

espuma...............................................................................................................50

3.11.1 Higroscopicidade.............................................................................51

3.11.2 Solubilidade.....................................................................................51

3.11.3 Microscopia eletrônica de varredura...............................................51

3.11.4 Difração de raios-x..........................................................................52

3.11.5 Avaliação dos compostos bioativos da banana...............................52

3.12 Análise microbiológica..............................................................................53

3.13 Análise Sensorial........................................................................................53

3.14 Avaliação estatística dos resultados do planejamento experimental e

otimização.........................................................................................................55

4. Resultados e Discussão..........................................................................................57

4.1 Caracterização Físico-química dos Purês de Bananas Utilizados.....................57

4.2 Densidade e percentual de formação de espuma...............................................58

4.3 Morfologia das espumas....................................................................................60

4.4 Secagem em camada de espuma........................................................................63

4.5 Ajuste dos modelos de Page e Midilli aos dados experimentais.......................68

4.6 Difusividade Efetiva..........................................................................................73

4.7 Análise Estatística.............................................................................................78

4.8 Composição Nutricional....................................................................................93

4.9 °Brix, Acidez e pH............................................................................................95

4.10 Umidade, atividade de água, higroscopiscidade e solubilidade dos

pós.....................................................................................................................96

4.11 Difração de raios-X (DRX)........................................................................98

4.12 Ácido Ascórbico, Composto Fenólicos Totais e Determinação da atividade

antioxidante pelo método e DPPH..................................................................100

4.13 Microscopia do pó....................................................................................101

4.14 Análise Microbiológica............................................................................103

4.15 Análise Sensorial ......................................................................................104

4.15.1 Teste de Comparação Múltipla......................................................104

5. Conclusões............................................................................................................107

6. Referências bibliográficas...................................................................................109

Lista de Figuras

Figura 2.1 - Escala de maturação de bananas........................................................................... 23

Figura 2.2 – Curva típica de secagem – umidade em função do tempo....................................27

Figura 2.3 – Gráfico de Umidade de Equilíbrio........................................................................28

Figura 2.4 -Estrutura da espuma...............................................................................................33

Figura 3.1- Imagem do tratamento da banana e batimento das espumas..................................45

Figura 3.2- Imagens das placas com as espumas de banana desidratadas e estufa de circulação

de ar...........................................................................................................................................47

Figura 3.3 - Liofilizador de bancada..........................................................................................47

Figura 3.4- Pó de banana obtido pelo método de secagem em camada de espuma...................48

Figura 3.5- Tabela para Teste de comparação múltipla.............................................................55

Figura 4.1 – Densidade da espuma de banana madura em função do tempo de batimento para

diferentes concentrações de albumina.......................................................................................59

Figura 4.2 – Densidade da espuma de banana verde em função do tempo de batimento para

diferentes concentrações de albumina.......................................................................................59

Figura 4.3 – Fotomicrografia da banana madura e verde sem batimento (A) e (E) e com

batimento de 4 minutos com albumina e concentração de 2,5% (B) e (F), 5% (C) e (G) e 7,5%

(D) e (H)....................................................................................................................................62

Figura 4.4- Umidade em base seca em função do temo para as espumas de banana madura (A)

e verde (B).................................................................................................................................64

Figura 4.5-Razão da massa acumulada de água evaporada por unidade de massa seca em função

do tempo para as espumas de banana madura (A) e verde (B)..................................................64

Figura 4.6 – Taxa de secagem específica no período de taxa constante para todos os

experimentos.............................................................................................................................67

Figura 4.7 – Tempo de secagem no período de taxa constante para todas os

experimentos.............................................................................................................................67

Figura 4.8 – Umidade crítica alcançada no período de taxa constante para todos os

experimentos.............................................................................................................................68

Figura 4.9- Razão de umidade em função do tempo para a secagem da espuma de banana

madura (A) e verde (B), respectivamente. Ajuste do modelo de Page.......................................69


madura (A) e verde (B), respectivamente. Ajuste do modelo de Midilli....................................69

Figura 4.11-Parâmetro k para todos os experimentos................................................................73

Figura 4.12-Difusividade efetiva para todos os experimentos..................................................75

Figura 4.13-Umidade de equilíbrio para todos os experimentos..............................................76

Figura 4.14- Tempo de equilíbrio para todos os experimentos.................................................76

Figura 4.15- Valores preditos e observados para a taxa de secagem no período de taxa constante

para a banana madura................................................................................................................81

Figura 4.16- Valores preditos e observados para o tempo de equilíbrio para a banana

madura.......................................................................................................................................82

Figura 4.17- Valores preditos e observados para a constante de Page para a banana madura ...82

Figura 4.18- Valores preditos e observados para a taxa de secagem constante para a banana

verde.........................................................................................................................................83

Figura 4.19- Valores preditos e observados para tempo de equilíbrio para a banana verde…83

Figura 4.20- Valores preditos e observados para a constante k para a banana verde…...........84

Figura 4.21- Teq=f(T,E), C=5% (Banana Madura)..................................................................86

Figura 4.22- K=f(T,C), E= 1,3cm.............................................................................................87

Figura 4.23- K=f(T,C), C= 5%.................................................................................................88

Figura 4.24 K=f(C,E), T= 70°C..............................................................................................89

Figura 4.25 W=f(E,T), C=5%..................................................................................................90

Figura 4.26- K=f(E,T), C= 5%..................................................................................................91

Figura 4.27- Teq=f(E,T), C=5%................................................................................................92

Figura 4.28- Difratogramas de banana madura liofilizadas (A) e dos pós de banana seco em

camada de espuma nas temperaturas de 60°C (B), 70°C (C) e 80°C (D)..................................99

Figura 4.29- Difratogramas de banana verde liofilizadas (A) e dos pós de banana seco em

camada de espuma nas temperaturas de 60°C (B), 70°C (C) e 80°C (D)................................100

Figura 4.30 - Microsgrafia MEV do pó de (A) e (E) banana madura e verde liofilizada e na

mesma concentração de 5% de albumina com diferentes temperaturas de secagem (B) e (F) 60,

(C) e (G) 70 e (D) e (H) 80 °C (100 x) ...................................................................................103

Lista de Tabela

Tabela 2.1– Classificação histórica de Linneu e a classificação de Simmonds, para as variedades

debanana..................................................................................................................... ...............20

Tabela 2.2– Composição nutricional da banana por 100g de polpa.........................................22

Tabela 3.1– Delineamento Experimental para os ensaios de secagem em camada de espuma...43

Tabela 3.2 –Modelos Matemáticos de Page e Midilli...............................................................44

Tabela 3.3 – Classificação dos pós de acordo com sua higroscopiscidade................................51

Tabela 3.4- Quantidades de pó de banana, água e leite integral utilizadas na preparação de 1500g

da banana smoothie...................................................................................................................54

Tabela 4.1-Características físico-químicas................................................................................58

Tabela 4.2- Expansão das espumas de banana madura e verde.................................................60

Tabela 4.3 – Resultado experimentais e ajuste do modelo linear aos dados da secagem no

período da taxa constante das bananas verde e madura, conforme o planejamento

experimental..............................................................................................................................66

Tabela 4.4 -Parâmetros de ajustes do modelo de Page e Midilli ajustados aos dados

experimentais da razão de umidade em função do tempo.........................................................71

Tabela 4.5-Parâmetros dos modelos de Page e Midilli ajustadso aos dados experimentais da

razão de umidade em função do tempo......................................................................................72

Tabela 4.6- Difusividade efetiva (Def.) de espumas banana madura e verde...........................74

Tabela 4.7- Resultados das variáveis respostas do Planejamento experimental........................75

Tabela 4.8- Estimativas dos efeitos das variáveis independentes sobre as variáveis respostas

(WC, Ueq, Teq,, KPage, Def.) na secagem das bananas madura..............................................78


(WC, Ueq, Teq,, KPage, Def.) na secagem das bananas verde...................................................79

Tabela 4.10 –Resultado da Análise de Regressão dos parâmetros de secagem........................85

Tabela 4.11 –Valores médios e desvio padrão da composição centesimal do pó de banana

madura pura (liofilizada), com 5% de albumina.......................................................................94

Tabela 4.12 –Sólidos solúveis(°Brix), acidez, pH de pós de banana madura e verde, puras

(liofilizadas) e resultante da secagem em camada de espuma em diferentes condições de

temperatura................................................................................................................................96

Tabela 4.13 –Umidade, Atividade de água (Aw), higroscopiscidade e solubilidade dos pós de

banana pura (liofilizada) e em diferentes condições de temperaturas.......................................97

Tabela 4.14 –Teor de compostos bioativos (ácido ascórbico e composto fenólicos totais) e

atividade antioxidante para o pó de banana liofilizado e em camada de espuma.....................101

Tabela 4.15 –Teste de diferença do controle das amostras reconstituídas com diferentes

concentrações de pó de banana................................................................................................104

Capítulo 1

Introdução

Capítulo 1 14

Camilla Emanuelle Mendes Rocha Gurgel, Novembro de 2019

1. Introdução

A banana (Musa spp.) é uma das frutas que apresentam alto valor energético e calórico,

por isso é um componente importante na dieta humana. O Brasil vem elevando sua produção e

destacando-se entre os principais produtores globais, ocupando o quinto lugar em 2014

(FAOstat, 2017), com uma produção em 2016 em torno de 6.962.134 toneladas em 516.980

hectares (IBGE, 2017). Estes números refletem a grande expressão econômica e o elevado

alcance social desta cultura para o país. Esse fruto apresenta-se como fonte importante de

nutrientes, especialmente de potássio, e contém ingredientes benéficos para a saúde (Anyasi et

al. 2013).

No manuseio da banana, as perdas quantitativas e qualitativas atingem valores

significativos nas diferentes etapas, que vão desde o processo de colheita e armazenamento, até

a distribuição e venda. (CARDOSO et al., 2008). Além disso, a banana é um produto altamente

perecível, devido ao rápido amadurecimento e escurecimento do fruto, provocado,

principalmente, pela expressiva atividade de água além das ações enzimáticas e

microbiológicas. Sua comercialização deve ser rápida, racional e realizada com uma série de

cuidados para evitar perdas expressivas e garantir que fruto chegue ao seu destino em boas

condições (Park et al. 2015). Torna-se interessante, portanto, prolongar a vida de prateleira

deste alimento por meio da implantação de métodos de transformação dessa matéria-prima,

como a desidratação, para minimizar essas perdas e agregar valor ao produto.

O segmento de frutas desidratadas ganha importância no mercado de frutas processadas,

tendência facilmente perceptível pela elevação do número de produtos disponíveis. A obtenção

da fruta em pó traz uma série de benefícios ao produto final como praticidade, redução de peso

e volume, diminuindo os custos com o transporte e armazenamento. Além disso, proporciona

estabilidade ao alimento, já que, a redução da atividade de água promove a redução do risco de

degradação por contaminação microbiana ou reações bioquímicas. Além do comércio

tradicional, grande número de frutas desidratadas é ofertado no comércio eletrônico, com

atribuições fantásticas, mas sem qualquer comprovação científica de suas propriedades

(Borges, 2011).

Com o intuito de aumentar a vida útil das frutas, sem alterar suas características

nutritivas e sensoriais, tecnologias de processamento e pré-processamento de frutas têm sido

pesquisadas e introduzidas no setor agroindustrial. Pelo processamento agroindustrial, o

Capítulo 1 15

Camilla Emanuelle Mendes rocha Gurgel, Novembro de 2019

desperdício pode ser minimizado, aumentando-se o consumo dessas frutas no período da entre

safra (Souza, 2009).

A maior parte da banana produzida no Brasil é comercializada na forma in natura,

conforme a preferência do consumidor, mas o fruto apresenta vida útil pequena e por isso

grande parte é processada na forma de doces com grande concorrência no mercado. Para o

mercado, o pó de banana, seria um produto novo, com praticidade de uso, maior tempo de

conservação das características sensoriais (cor, aroma, sabor, textura). Tal produto seria ideal

para as indústrias de alimentos, restaurantes e lanchonetes que a utilizariam na formulação de

produtos como misturas prontas para bolos, sorvetes, iogurtes, sucos, vitaminas dentre outras

opções (LIMA, 2000; MEDINA et al. 1985; MATSUURA e FOLEGATI, 2001).

As frutas processadas vêm sendo valorizadas pelos consumidores, pois constituem

produtos saudáveis com características como praticidade e higiene. Porém, para um produto

processado apresentar características sensoriais e nutricionais similares às da matéria-prima é

necessário minimizar o impacto do processamento de forma que estas características sejam

preservadas. A desidratação em camada de espuma e a liofilização são processos considerados

de brando impacto que mantém a qualidade dos produtos desidratados.

A secagem é um processo térmico com alto consumo de energia onde as transferências

de calor e massa ocorrem simultaneamente. Modelos matemáticos que representam os

processos de secagem são utilizados para o desenho de novos secadores, para a melhoria dos já

existentes ou mesmo para o seu controle. O método da camada de espuma já foi aplicado na

secagem e produção de pós de diversos frutos e vegetais como: manga (Bastos et al. 2005;

Rajkumar et al. 2007), tomate (Kadam e Balasubramanian, 2011), mamão (Kandasamy et al.,

2012) e banana (Thuwapanichayanan et al. 2012. Nos últimos anos são encontrados muitos

estudos propondo a utilização de modelos fenomenológicos, empíricos ou semi-empíricos que

se ajustem aos dados da cinética de secagem em camada de espuma de muitos alimentos e

principalmente de frutas.

O processo de desidratação em camada de espuma (Foam mat drying), desenvolvido

por Morgan et al. (1959), apresenta-se como uma alternativa para produção de alimentos em pó

por se tratar de um processo simples, de baixo custo, que proporciona secagem rápida com

preservação da qualidade do produto (Cruz, 2013). Devido a estas vantagens, o método tem

sido amplamente utilizado em pesquisas com frutas (Chaves et al. 2013; Kandasamy et al.

2012). Este tipo de processo consiste, basicamente, de três etapas: da modificação na

consistência líquida do suco ou polpa, para uma espuma estável pela adição de agentes

Capítulo 1 16


espumantes na secagem da espuma em camada fina e pulverização do material desidratado

(Silva Filho, 2012).

Nesta tese estudou-se a desidratação de polpas de banana madura e verde em camada de

espuma. Na literatura encontram-se vários trabalhos que visam a produção da farinha de banana

por diferentes métodos de secagem. Todavia, a produção e uso do pó de banana como

ingrediente alimentar ainda é escassa e carece de estudos que enfatizem processos de médio e

baixo impacto. A avaliação e otimização das condições operacionais conjuntamente com o

entendimento dos mecanismos inerentes aos processos de secagem e ajuste de modelos

cinéticos que representem satisfatoriamente os dados experimentais são de fundamental

importância para o projeto de secadores e são abordados neste trabalho que também contempla

a comparação das características do produto com o obtido por liofilização. Considerando a

influência do grau de maturação na composição química da banana e o uso atual da banana

verde como ingrediente alimentar o estudo foi ampliado para os dois estágios de maturação,

avaliando-se as modificações físico-químicas impostas decorrentes do processo de desidratação

e realizando testes microbiológicos e avaliação sensorial de produtos preparados com o pó da

banana madura.

1.1 Objetivo geral;

O objetivo geral do trabalho é a otimização do processo de secagem em camada de

espuma de bananas verde e madura visando a obtenção do produto em pó, com características

físico químicas dentro dos padrões de conservação e armazenamento, composição nutricional

preservada, condições microbianas que atendam a legislação vigente e que mediante análise

sensorial, sejam aprovados como ingredientes na preparação de alimentos.

1.2 Objetivo específico;

1.2.1 Avaliar a formação das espumas a partir do batimento das polpas com adição do agente

espumante (albumina), determinando a condição que promove a maior expansão em função do

tempo de batimento e da concentração de albumina;

1.2.2 Secar as espumas em diferentes condições de temperatura, concentração de albumina e

espessura; construir as curvas de secagem e avaliar o comportamento cinético em relação aos

períodos de taxa de secagem, constante e decrescente;

Capítulo 1 17


1.2.3 Ajustar modelos de secagem aos dados experimentais e obter os parâmetros relativos à

predição das taxas de secagem nos períodos de taxa constante e decrescente e a difusividade

efetiva;

1.2.4 Avaliar mediante métodos estatísticos os efeitos das variáveis de operação sobre os

parâmetros de secagem, relativos aos períodos de taxa constante e decrescente;

1.2.5 Obter os modelos empíricos para predição dos dados cinéticos de secagem, avaliar a

significância estatística dos modelos;

1.2.6 Otimizar as condições de processo em relação as taxas de secagem, umidade e tempo de

equilíbrio;

1.2.7 Avaliar as características físico-químicas e composição nutricional dos pós produzidos

em três níveis de temperatura e na condição mais favorável a secagem das espumas em relação

a concentração da albumina e espessura da camada;

1.2.8 Realizar a análise microbiológica e a análise sensorial de alimentos preparados utilizando

os pós de banana madura produzidos na condição mais favorável à secagem.

Capítulo 2

Revisão bibliográfica

Capítulo 2 19


2. Revisão bibliográfica

2.1 Características botânicas, morfológicas e de cultivo de banana (Musa ssp.)

De acordo com a nomenclatura criada por Linneu (1735) e Minhoto (2006), as bananas

pertencem à classe Monocotyledoneae, ordem Scimitales, família Musaceae e subfamília

Musoideae, que possui dois gêneros: o gênero Musa, com o maior número de espécies e onde

se encontram os frutos comestíveis e de interesse tecnológico e o gênero Ensete com frutos

ornamentais. As variedades do gênero Musa apresentam cerca de 30 espécies com frutos de

polpa abundante e desprovidos de sementes (CRUZ, 1995).

Das bananeiras comestíveis, destacam-se duas espécies diplóides selvagens: M.

acuminata e M. balbisiana, de modo que cada cultivar contém combinações variadas de

genomas completos das espécies parentais. Esses genomas são denominados pelas letras A (M.

acuminata) e B (M. balbisiana), cujas combinações resultam os grupos genômicos AA, BB,

AB, AAA, AAB, ABB, AAAA, AAAB, AABB e ABBB (DANTAS; SOARES FILHO, 1995).

Já o subgrupo em bananeira é um termo utilizado para abranger um conjunto de cultivares

originadas por mutação do mesmo genótipo. Os subgrupos mais comuns são: Cavendish, Maçã,

Ouro, Gros Michel, Prata, Terra e Figo (LIMA; DE OLIVEIRA; OLIVEIRA, 2012).

A nomenclatura Musa foi criada por Linneu, 63 a 14 a.C. Atualmente a classificação

das variedades se dá de acordo com os grupos cromossômicos, segundo a classificação de

Simmonds (ITAL, 1990; JOLY, 1991). A Tabela 2.1 mostra a classificação histórica de Linneu

e a classificação de Simmonds, para as variedades de banana.

Capítulo 2 20


Tabela 2.1 - Classificação histórica de Linneu e a classificação de Simmonds, para as

variedades de banana.

CLASSIFICAÇÃO VARIEDADES

SEGUNDO LINNEU

Nanica (Caturra), Nanicão, Grand-naine,

Musa cavendishii Baé, Anã, China, Cambota

Marmelo, Ouro , Prata, Maçã, Branca, Caru

Musa sapientum roxa, Caru-verde, São Tomé, Figo, Sta Maria

Da Terra, Farta-velhaco, Pacová, Comprida

Musa paradisíaca ou Chifre de boi

SEGUNDO SIMMONDS

Grupo diploide

Acumiata AA Banana ouro

Grupo triploide

Nanica, Nanicão, Gros-michel, Caru-roxa, Ca-

Acumiata AAA ru verde

Grupo triploide

Híbrido natural AAB Terra, Maçã, Pacová e Prata

Grupo triploide

Híbrido natural ABB Marmelo

Fonte: ITAL, 1990; JOLY, 1991.

A bananeira é caracterizada como sendo uma planta herbácea completa, pois apresenta

raiz, caule, folhas, flores, frutos e sementes. O tronco, denominado rizoma, é curto, subterrâneo

e constituído pelo córtex, que desempenha um papel de proteção e local onde estão localizados

os feixes vasculares que suprem as folhas, raízes e rebentos e pelo cilindro central, onde se

originam o sistema radicular e aéreo (ROSA, 2016).

2.2. Banana (Musa ssp.)

Segundo dados da FAO (2017) a banana é a principal fruta produzida do mundo. Sua

área plantada é próxima de 5,4 milhões de hectares e tem uma produção de aproximadamente

114 milhões de toneladas, anualmente. As principais regiões produtoras são Ásia, com 55,8%,

as Américas, que produzem 24,7% e a África, que é responsável por 17,9% da produção de

banana no mundo. Entre os países, a Índia é o principal produtor mundial de banana,

respondendo por cerca de 26% do total, seguida pela China, que produz aproximadamente 10%.

Completam a lista as Filipinas, com 8% e o Brasil, com cerca de 6% da banana produzida no

mundo.

A banana pode ser utilizada no estado verde e maduro. Na maturação da banana, o

vegetal sofre diversas alterações internas, responsáveis por mudanças relacionadas à cor,

Capítulo 2 21


textura, aroma e sabor. Antes da maturação, as bananas verdes se compõem, basicamente, de

amido e água. Em seu processo de amadurecimento, a maioria do amido transforma-se em

açúcar (glicose, sacarose e frutose), tornando-se mais doce (BLEINROTH, 1972). Contém o

mesmo teor de vitamina C que a maçã, além de razoáveis quantidades de vitamina A, B1, B2,

pequenas quantidades de vitaminas D e E, e maior percentagem de potássio, fósforo, cálcio e

ferro do que a maçã ou a laranja (EMBRAPA, 1997).

Embora exista um número expressivo de variedades de banana no Brasil, quando são

considerados aspectos como preferência dos consumidores, produtividade, porte, tolerância a

pragas e doenças, resistência à seca e ao frio, restam poucos cultivares com potencial

agronômico para serem utilizados comercialmente. Os cultivares Prata, Prata-Anã, Pacovan,

Nanica, Nanicão e Grande Naine são os mais difundidos no Brasil (EMBRAPA, 2009).

A banana “Pacovan” é resultante de uma mutação da Prata, sendo atualmente a cultivar

mais plantada no Nordeste e Norte do país. Possui porte alto, cachos cônicos, com peso de 16

kg e 7,5 pencas, em média. Os frutos são grandes, com quinas salientes e casca grossa. Pesam

122 g em média e apresentam sabor menos intenso que a “Prata”. (SILVA; SANTOS-SEREJO;

CORDEIRO, 2004).

Segundo a Tabela Brasileira de Composição de Alimentos (TACO), a banana fornece,

em média, 100 calorias por 100 gramas de polpa, e é classificada como um alimento com alto

valor nutricional (UNICAMP, 2011). A Tabela 2.2 apresenta valores nutricionais de banana.

Capítulo 2 22


Tabela 2.2 - Composição nutricional da banana por 100g de polpa.

Nutriente Figo Maçã Nanica Ouro Prata Terra

Proteína 1,1 g 1,8 g 1,4 g 1,5 g 1,3 g 1,4 g

Lipídio 0,1 g 0,1 g 0,1 g 0,2 g 0,1 g 0,2 g

Carboidrato 26,17 g 22,3 g 23,8 g 29,3 g 26 g 33,7 g

Fibra Alimentar 2,8 g 2,6 g 1,8 g 2 g 2 g 1,5 g

Cinzas 0,8 g 0,6 g 0,8 g 0,8 g 0,8 g 0,8 g

Cálcio 6 mg 3 mg 3 mg 3 mg 8 mg 4 mg

Magnésio 30 mg 24 mg 28 mg 28 mg 26 mg 24 mg

Manganês 0,21 mg 0,60 mg 0,14 mg 0,14 mg 0,42 mg 0,16 mg

Fósforo 16 mg 29 mg 27 mg 27 mg 22 mg 26 mg

Ferro 0,2 mg 0,2 mg 0,3 mg 0,3 mg 0,4 mg 0,3 mg

Potássio 387 mg 264 mg 376 mg 376 mg 358 mg 328 mg

Cobre 0,06 mg 0,11 mg 0,10 mg 0,10 mg 0,05 mg 0,05 mg

Zinco 0,1 mg 0,1 mg 0,2 mg 0,2 mg 0,1 mg 0,2 mg

Tiamina 0,09 mg Tr Tr Tr Tr 0,03 mg

Riboflavina Tr Tr 0,02 mg Tr 0,02 mg 0,022 mg

Piridoxina 0,3 mg 0,14 mg 0,14 mg 0,14 mg 0,1 g 0,14 mg

RE - 6 μg 14 μg 50 μg 32 μg 239 μg

ERA - 3 μg 7 μg 25 μg 16 μg 119 μg

Vitamina C 17,5 mg 10,5 mg 5,9 mg 7,6 mg 21,6 mg 15,87 mg

Fonte: UNICAMPI, 2011.

Pesquisas com a banana mostram que a fruta, além de ser altamente nutritiva, contém,

em sua composição, polifenóis, como por exemplo, flavonoides e ácidos fenólicos (MOKBEL

e HASHINAGA, 2005). Esses compostos são conhecidos pela sua atividade biológica, dentre

as principais funções nos seres humanos, a literatura atual os destaca como poderosos agentes

antioxidantes (SCALBERT e WILLIAMSON, 2000; WATERHOUSE, 2002; PRIOR, 2003;

BEHLING et al., 2004; SAHIDI e NACZK, 2004; GONZÁLEZMONTELONGO, LOBO e

GONZÁLEZ, 2010 e PEREIRA, 2012).

A classificação do fruto tem por objetivo a separação do produto em lotes homogêneos,

obedecendo aos padrões mínimos de qualidade e homogeneidade. Os lotes de banana são

caracterizados por seu grupo varietal, classe (tamanho), subclasse (estádio de maturação), modo

de apresentação e categoria (qualidade), conforme cartilha do PBMH e PIF

(2006). As subclasses dizem respeito ao grau de maturação dos frutos, seguindo a escala de

maturação de Von Loesecke (1949). A Figura 3.1 mostra a escala de maturação.

Capítulo 2 23


Figura 2.1 - Escala de maturação de bananas

Fonte: CEAGESP, 2006

Dentre as características químicas mais utilizadas para avaliar a qualidade pós-colheita

da banana estão o pH, acidez titulável, sólidos solúveis, relação entre sólidos solúveis e acidez

ou índice de maturação (IM) ou “ratio”, açúcares redutores, açúcares não redutores, açúcares

totais, substâncias pécticas e teor de amido (CHITARRA e CHITARRA, 2005). As

transformações na banana ocorrem durante todo o processo de maturação, afetando

constituintes como ácidos, amido, açúcares, ácido ascórbico, umidade, entre outros. A

conversão do amido em açúcares simples é uma das mudanças mais notáveis no

amadurecimento da banana.

2.2.1 Banana verde

O Brasil descarta quase 60% da produção de banana que não se encaixa nos padrões

considerados adequados à comercialização (RIBEIRO & MESSANO, 2011). Grande parte da

produção é na própria plantação, pois, dependendo da safra o preço é irrisório e nem sempre

compensa a sua colheita (VALLE, 2006). Os frutos verdes se perdem nos galpões de estocagem

Capítulo 2 24


e são descartados por estarem fora do padrão estabelecido pelo mercado (RIBEIRO e

MESSANO, 2011). Desse modo o fruto é considerado um resíduo e é desprezado.

Apesar da maioria dos países consumirem a banana em seu estado maduro, há países

que a consomem em seu estado verde. Consumida em Cuba, a banana verde é cortada em fatias

e é frita. Na África Central, é utilizada na fabricação de cerveja. A banana verde também

aparece no Equador, onde é cozida nos ensopados de milho e carne (IZIDORO, 2007).

A possibilidade da utilização da banana verde na indústria alimentícia é de praticamente

100%, a folha para produção de papéis, o caule para produção de telhas, a casca, rica em fibras,

serve para preparação de quibes, cuscuz, bobó de camarão, vatapás e outros pratos típicos,

pudins, mingaus de fibras, pastéis e sopas, além da polpa (biomassa) cuja aplicação em

alimentos tem demonstrado extrema importância (ARRUDA, 2002).

A polpa da banana verde é uma massa sem sabor, com baixo teor de açúcares e

compostos aromáticos (RODRÍGUEZ-AMBRIZ et al., 2008). Esta é caracterizada por uma

forte adstringência, atribuída à presença de compostos fenólicos solúveis, principalmente

taninos, que são polimerizados à medida que ocorre o amadurecimento do fruto (NASCENTE;

COSTA; COSTA, 2005; SILVA, 2014). A polpa é reconhecida pelo seu valor funcional devido

à elevada composição em amido resistente. O amido é o principal componente da banana verde,

podendo corresponder de 55 a 93% do teor de sólidos totais do fruto (EMBRAPA, 2009).

A banana verde pode ser transformada em pó, que segundo BORGES, et al., 2009 é uma

rica fonte de amido resistente e proteína. Além disso, apresenta um conteúdo de minerais

consideráveis, uma vez que a farinha é fonte de potássio, fósforo, magnésio, cobre, manganês

e zinco, quando comparada aos demais tipos de farinhas existentes no mercado.

Outra maneira de utilizar a banana verde é por meio de seu processamento na forma de

biomassa. Quando a fruta verde é cozida, seu conteúdo de tanino é reduzido e é preservado seu

conteúdo de amido resistente (VALLE, 2006; MELO, 2012).

Vários estudos vêm demonstrando o poder terapêutico da banana verde. Quando neste

estado, ela apresenta Flavonóides que protegem a mucosa gástrica e, por possuírem amido

resistente (soma do amido e produtos de sua degradação que não são absorvidos no intestino

delgado), atuam como fibras alimentares (IZIDORO, 2007).

O amido resistente é um componente natural da dieta que pode ser encontrado em alimentos

como grãos, batata crua e banana verde (PEREIRA, 2007). Este tipo de amido resiste à digestão à

medida que passa através do trato gastrointestinal, conferindo benefícios consideráveis para a saúde

do colón humano. O efeito benéfico atribuído ao amido resistente é devido à produção dos ácidos

graxos de cadeia curta, fato que colabora com o crescente interesse quanto ao seu potencial

prebiótico (NUGENT, 2005; MELO, 2012).

Capítulo 2 25


FRANCO (2014) desenvolveu e caracterizou membranas de quitosana com casca de

banana verde, no qual estas apresentaram resultados inibitórios de crescimento de

Staphylococcus aureus e Escherichia coli. As membranas também apresentaram alta

permeabilidade ao vapor d’água tendo uma média de 20,11 g.mm/m2.dia.Kpa, característica

importante para uma maior eficiência na cicatrização de feridas cutâneas.

2.3. Secagem

No ano de 1795, foi criada na França a primeira máquina de desidratar frutas e vegetais

por meios não naturais, entretanto, os primeiros grandes impulsos ao desenvolvimento da

indústria de alimentos desidratados ocorreram durante as grandes guerras mundiais (SILVA,

2013). Os primeiros secadores artificiais de produtos agrícolas foram desenvolvidos durante a

primeira e segunda guerra mundial (CARVALHO, 2014). A secagem é umas das técnicas mais

antigas utilizadas pelo homem para a preservação de alimentos. É um processo amplamente

utilizado para melhorar a estabilidade dos alimentos. Em relação a outros métodos de

conservação por períodos longos como a refrigeração, tratamento térmico ou tratamentos

químicos, a desidratação oferece custo mais baixo e operações mais simples. A remoção de

água diminui a atividade de água do produto, inibindo o desenvolvimento de microrganismos

e retardando deteriorações de origem físico-química (CANO-CHAUCA et al., 2004). Além

disso, a massa e volume de alimentos desidratados são menores, o que facilita e diminui os

custos de transporte e armazenamento (CRUZ, 2013).

Dentre os métodos existentes para desidratação de alimentos, a secagem é uma das

técnicas mais amplamente utilizadas (VISHWANATHAN et al., 2010). Nesse tipo de

procedimento, dois processos simultâneos podem ser observados: transferência de calor,

através da vaporização do líquido, e transferência de massa do líquido ou vapor presente no

interior do material para a atmosfera na forma de vapor (FELLOWS, 2006). Porém, o controle

da secagem depende das condições internas de transferência de massa, das características do

sólido ou das condições externas, tais como da velocidade e temperatura do ar de secagem

(RAHMAN e PERERA, 2007).

Quando um alimento é desidratado, ele não perde água a uma taxa constante ao longo

do processo. Com o progresso da secagem, sob condições fixas, a taxa de remoção de água

tende a diminuir. A forma de uma curva de secagem normalmente varia conforme o alimento,

os diferentes tipos de secadores, e em resposta às variações das condições de secagem tais como

Capítulo 2 26


a temperatura, a umidade, a velocidade e o sentido de escoamento do ar, a espessura do

alimento, entre outros fatores (MELONI, 2003).

A utilização de modelos matemáticos que se ajustem aos dados experimentais é

importante, pois permite a redução dos exaustivos ensaios de laboratório. Existem na literatura

vários modelos matemáticos, teóricos, semi-empíricos e empíricos que podem ser empregados

(WUAGHON e PENA, 2008).

O período de secagem é comumente dividido em dois, um de velocidade constante e

outro de velocidade decrescente. No primeiro período as transferências de calor e massa são

analisadas da superfície do material ao ar de secagem, enquanto que no segundo período as

análises são baseadas nas transferências internas que governam a secagem (PARK et al., 2007).

A taxa de secagem pode ser acelerada com o aumento da temperatura do ar de secagem

e/ou, com o aumento do fluxo de ar que passa pelo produto por unidade de tempo. A quantidade

de ar utilizada para a secagem depende de vários fatores. Entre eles: a umidade inicial do

produto e a espessura da camada (GOUVEIA, 2003).

Keey (1992) afirma que dois métodos podem ser utilizados para a determinação das

curvas de secagem: monitoramento da perda de umidade do material mediante pesagem direta

da amostra ou através do monitoramento da umidade do gás de secagem, na entrada e saída do

secador, utilizando-se instrumentos como psicrômetros e higrômetros de infravermelho. Ambos

os métodos permitem a utilização de um sistema de aquisição de dados, através da conexão da

balança ou do analisador de umidade relativa a um computador, por meio de sistema analógico-

digital, programado para fornecer diretamente a curva de secagem em um terminal gráfico.

Durante o processo de secagem, a temperatura e a umidade do ar de secagem são

mantidas constantes e todo o calor é fornecido à superfície do alimento por convecção. Três

etapas características podem ser observadas: período de indução/ estabilização, período de taxa

constante e período de taxa decrescente. Uma curva típica de secagem pode ser observada na

Figura 2.2.

Capítulo 2 27


Figura 2.2 - Curva típica de secagem - umidade em função do tempo.

Fonte: (PARK et al. 2007).

O trecho AB da curva ilustrada na Figura 2.2 representa o início da secagem, quando o

sólido é aquecido e passa da temperatura inicial T0 para temperatura de bulbo úmido Tbu

enquanto a água livre vai sendo evaporada. Este trecho é caracterizado pela transiência do

regime, e a taxa de secagem tanto pode aumentar como diminuir, sob efeito do aumento de

temperatura. No trecho BC a velocidade de secagem e a temperatura (temperatura de bulbo

úmido) tornam-se constantes. Este período, também chamado de período de taxa de constante,

termina quando a umidade crítica é atingida pelo sólido. A partir deste ponto, a temperatura é

elevada e a taxa de secagem cai rapidamente. O período de taxa decrescente inicia no ponto C

e pode ser dividido em duas zonas: trecho CD, zona de secagem da superfície insaturada e

trecho DE, zona na qual o movimento interno do líquido controla a secagem. Nesse último,

acontece a evaporação do líquido existente no interior do material e a secagem termina quando

é atingida a umidade de equilíbrio (Ueq), ou seja, ponto em que a pressão de vapor do líquido

presente no sólido é igual à pressão parcial de vapor da água contida no gás secante. Ao atingir

a umidade de equilíbrio o sólido não sofrerá mais variações de umidade independendo do tempo

de secagem desde que sejam mantidas as condições do sistema. (KEEY, 1992). Observa-se o

comportamento da curva de umidade de equilíbrio através do gráfico da Figura 3.3.

A umidade de equilíbrio é o mínimo conteúdo de umidade que um material pode

teoricamente ser seco para a condição de processo dado. Ela é atingida quando o alimento é

deixado por tempo suficientemente longo em determinada condição de temperatura e umidade

relativa do ar que o envolve. Nessa condição, a pressão parcial de vapor da água na superfície

Capítulo 2 28


do produto é igual à pressão parcial de vapor de água contida no ar (KEEY, 1992). A Figura

2.3 mostra este comportamento.

Figura 2.3 - Gráfico de Umidade de Equilíbrio.

Fonte: Keey (1992).

A maioria dos danos causados pelo calor no alimento pode, portanto, acontecer durante

o período de taxa decrescente, sendo importante controlar a temperatura e o tempo de secagem,

pois se a secagem continuar ocorrerá perda de massa devido a queima de matéria seca

(FELLOWS, 2006). Deve-se ressaltar que, dependendo das condições de processo, a secagem

pode afetar prejudicialmente a estrutura do alimento, causando alteração na cor, como as

reações de escurecimento enzimático e não enzimático (SILVA et al., 2005; LISBÔA, 2012;

FIGUEIRÊDO, 2012; QUEIROZ, 2012), além da perda de nutrientes devido à exposição do

produto a altas temperaturas por um longo tempo.

2.4. Secagem em camada de espuma - foam-mat drying

O método de secagem em camada de espuma (foam-mat drying) foi desenvolvido na

década de 1950 por Morgan e sua equipe na Califórnia, EUA, e patenteada em 1961. É uma

técnica que promove rápida secagem de alimentos líquidos, tais como sucos de frutas e vem

sendo muito utilizada também para alimentos pastosos como purê ou polpas de frutas

(MARQUES, 2009).

Capítulo 2 29


É o processo onde um alimento líquido ou pastoso é agitado para formar uma espuma

estável, e posteriormente desidratada por processamentos térmicos. As principais vantagens

desse método, quando comparado a outros métodos como spray ou tambor são as baixas

temperaturas e curtos tempos de secagem. (BRYGIDYR et al, 1977).

Consiste basicamente de três etapas: modificação na consistência líquida do suco ou

polpa em uma espuma estável, pela adição de agentes espumantes, secagem do material em

camada fina e pulverização do material desidratado (TRAVAGLINI et al., 2001). Durante o

processo de secagem em camada de espuma, a estrutura, a capacidade de expansão e a

estabilidade da espuma desempenham um papel importante na movimentação de água durante

a secagem e, consequentemente, na qualidade do produto final (BAG et al., 2011).

O líquido é transformado em espuma, pela adição de uma porção de um agente

espumante, como a proteína de soja, albumina, ésteres de ácidos graxos e monoestearatos de

glicerol, e a incorporação de ar ou outros gases como o nitrogênio (por ser inerte) por injeção

direta ou agitação. A adição de agentes espumantes e estabilizantes ajuda a aumentar a

estabilidade da espuma durante a secagem. Na medida em que a concentração de estabilizantes

é aumentada, a densidade da espuma diminui, uma vez que uma maior quantidade de ar é

incorporada durante a mistura (FALADE; ADEYANJU; USO-PETERS, 2003). A espuma é

distribuída em camadas finas em telas e levada ao secador (BRENNAN, 2006), em

temperaturas relativamente baixas (menor ou igual a 70°C) (SANKAT e CASTAIGNE, 2004).

O produto desidratado é moído e convertido em pó (KADAM et al., 2010).

Muitos alimentos naturalmente contêm proteínas solúveis e monoglicerídeos capazes de

produzirem espumas quando batidos, no entanto as espumas produzidas podem ser

insatisfatórias para a desidratação, sendo necessário também adicionar agentes espumantes e

estabilizadores para induzir a formação de espuma e para dar estabilidade adequada à secagem

(SANKAT e CASTAIGNE, 2004).

Entre as vantagens do processo foam-mat, destacam-se as baixas temperaturas e tempo

de secagem mais curto devido à maior área de superfície exposta ao ar e maior velocidade de

secagem. Estes fatores superam o fato da transferência de calor interno ser comprometida pelo

grande volume de gás presente na massa de espuma. O processo além de permitir uma rápida

remoção de água, promove a obtenção de um produto poroso e de fácil reidratação, sendo

aplicada em muitos alimentos sensíveis ao calor, como os sucos de frutas (BASTOS et al.;

2005; KUDRA e RATTI, 2006; SANKAT e CASTAIGNE, 2004).

A escolha do tempo e da temperatura de desidratação depende do produto a ser

desidratado. Essa técnica apresenta como principal desvantagem, em relação a outros meios de

Capítulo 2 30


secagem de líquidos, a necessidade de grande área de superfície de secagem para que consiga

atender elevadas taxas de produção, o que eleva o custo de investimento (FRANCIS, 2000).

Além dessa, outra desvantagem é que os aditivos podem modificar as características de sabor,

aroma e cor do alimento. Outra dificuldade relatada por Karim e Wai (1999) é a falta de

estabilidade da espuma durante o aquecimento na secagem. Algumas variáveis como a natureza

química das matérias-primas, sólidos solúveis, tipo e concentração de agente espumante

influenciam na estabilidade das espumas (HART et al, 1963).

Por ser um processo simples e barato que garante a obtenção de produtos em pó com

características preservadas, a secagem em leito de espuma oferece grandes possibilidades

comerciais, principalmente para alimentos sensíveis ao calor. Vem sendo aplicado em diversos

produtos como: suco de tomate (UBOLDI, 1971), polpa de acerola (SOARES et al, 2001),

manga (BASTOS et al, 2005), tamarindo (GURJÃO, 2006), , maracujá (CAMARGO et al,

2008), caldo de cana (MARQUES, 2009), araçá-boi (SOARES, 2009), seriguela (FURTADO

et al, 2010), manga e abacaxi (DANTAS et al, 2010), banana (KOLAWOLE et al, 2010),

banana (THUWAPANICHAYANAN et al, 2012), goiaba (CRUZ, 2013), suco misto de açaí,

morango e acerola (ROCHA, 2013), graviola (GURGEL, 2014) e cenoura, tomate, beterraba e

morango (RONCHETI, 2014).

Diversos estudos têm sido conduzidos com o objetivo de caracterizar os produtos

obtidos após a secagem e determinar as melhores condições operacionais como: temperatura de

secagem, espessura da camada, tipo e concentração de aditivos.

FALADE et al. (2003) estudaram a secagem em leito de espuma de feijão cowpea

(Vigna unguiculata), usando como agentes espumantes monoesterato de glicerol e albumina de

ovo. Observaram que a densidade da espuma decresceu com o aumento da concentração dos

agentes espumantes e que os sólidos totais decresceram. A análise sensorial mostrou diferenças

no sabor, em função da concentração dos aditivos.

BASTOS (2005) realizou a desidratação de manga “Tommy Atkins” por processo em

leito de espuma nas temperaturas de 70 e 85°C, e testou os emulsificantes carboxil-metil

celulose, tween 60, goma xantana e clara de ovos, sendo que o tween 60 apresentou uma melhor

estabilidade. Posteriormente foram realizadas análises químicas e físico-químicas na polpa in

natura e desidratada, obtendo-se uma melhor aceitabilidade da polpa seca a 70°C, na análise

sensorial.

GURJÃO (2006) produziu extrato em pó de tamarindo pelo processo de secagem em

leito de espuma utilizando albumina como aditivo, nas temperaturas de 50, 60, 70 e 80°C e

observou que as melhores temperaturas para a secagem da polpa de tamarindo foram 60 e 70°C.

Capítulo 2 31


O extrato obtido foi avaliado em relação à cor, sólidos solúveis totais, acidez total titulável,

vitamina C e pH.

DANTAS et al. (2010) ao estudarem a desidratação da polpa manga e de abacaxi em

camada de espuma, utilizando como agentes espumantes (1% p/p Emustab e 1% p/p Liga

neutra), concluiu que as melhores condições de taxas de secagem foi a 70°C e a espessura de 4

mm para ambas as frutas, e que nessa temperatura os pós de manga e de abacaxi apresentaram

pH ácidos, sólidos solúveis elevados e baixa atividade de água. Apresentaram também elevada

solubilidade e rápida reconstituição em água.

KADAM et al. (2010) avaliaram o impacto das temperaturas de secagem (65°C, 75°C

e 85°C) e o leite como agente formador de espuma nas concentrações (0%, 10%,15%,20% e

25%), sobre as propriedades físico-químicas (pH, acidez total, sólido solúveis total açúcares

totais, ácido ascórbico, total de caroteno e minerais) do pó da manga, desidratada pelo processo

de camada de espuma .Concluiu que quase todas as propriedades físico-químicas apresentaram

uma tendência decrescente com o aumento da temperatura de secagem e que o pó obtido como

resultado da adição de 10% de leite e a secagem a 65°C apresentaram os melhores resultados.

KOLAWOLE et al. (2010) desidrataram bananas em camada de espuma, utilizando

0,005%, 0,01%, 0,015% e 0,02% de monoestearato de glicerina (GMS) como agente

espumante, nas temperaturas de 60°C, 70°C e 80°C. Foram determinadas propriedades físicas,

químicas e sensoriais do pó reconstituído.

KADAM et al. (2011) desidrataram a polpa de tangerina pelo processo foam mat em

diferentes temperaturas 65°C, 75°C e 85°C, utilizando carboximetilcelulose, leite, e clara de

ovo como agentes formadores de espumas em diferentes concentrações para obter tangerina na

forma em pó. Comparou as análises dos resultados da polpa fresca com o do pó reconstituído e

concluiu que nas análises dos açúcares totais, do teor de ácido ascórbico e da acidez total, do

pó reconstituído foram diminuindo, enquanto o pH foi ligeiramente mais elevado do que o da

polpa fresca.

THUWAPANICHAYANAN (2012) analisaram a densidade da espuma e os tipos de

agentes formadores de espuma sobre a difusividade, a qualidade da microestrutura e textura da

espuma de banana. Os agentes utilizados foram clara de ovo fresca (EA), proteína isolada de

soja (SPI) e concentrado de soro de leite (WPC). Os resultados experimentais mostraram que a

espuma de banana WPC poderia reter a estrutura mais aberta durante a secagem. Esta

morfologia fornecida menos encolhimento e conduziu a maiores valores da difusividade

efetiva, em comparação com as espumas de banana de SPI e EA.

Capítulo 2 32


GURGEL (2014) estudou a desidratação da polpa de graviola em camada de espuma,

avaliando o desempenho do processo e as características do produto obtido. Os experimentos

foram realizados conforme planejamento experimental 23, com 3 repetições no ponto central.

Estudou os efeitos da temperatura 50°C, 60°C e 70°C, espessura da camada (0,30 cm, 0,45 cm

e 0,60 cm e concentração de leite 0%, 20% e 40% na cinética de secagem, avaliando-se o

comportamento das curvas e as características físico-químicas do produto em pó. Os resultados

mostraram o importante efeito da temperatura no sentido de aumentar as taxas de secagem e

que espumas mais espessas apresentaram menores taxas de secagem. Com relação aos

resultados das análises físico-químicas, a graviola em pó apresentou características adequadas

para conservação.

RONCHETI (2014) utilizou à tecnologia de secagem em leito de espuma aplicada a

cenoura, beterraba, tomate e morango. Neste trabalho, os quatros produtos foram submetidos à

secagem a temperaturas controladas de 40, 50, 60, 70 e 80 °C. A descrição da cinética de

secagem foi realizada pelo ajuste de modelos matemáticos para cada temperatura do ar de

secagem. Foi proposto um modelo matemático generalizado ajustado por regressão não linear.

O modelo de Page obteve o melhor ajuste sobre os dados de secagem em todos os produtos

testados, com um coeficiente de determinação (R²) superior a 98% em todas as temperaturas

avaliadas. Além disso, foi possível modelar a influência da temperatura do ar sobre o parâmetro

k do modelo de Page através da utilização de um modelo exponencial. O coeficiente de difusão

efetiva aumentou com a elevação da temperatura, apresentando valores entre 10-8e 10-7 m².s-¹

para as temperaturas de processo. A relação entre o coeficiente de difusão efetiva e a

temperatura de secagem foi descrita pela equação de Arrhenius.

2.4.1. Agente Espumante

A espuma é uma dispersão de um fluido “hidrofóbico” (afinidade com óleo) em um

liquido “hidrofílico” (afinidade com água). É muito similar a uma emulsão. Possuem em sua

estrutura gotículas gasosas cobertas por um líquido contínuo e descritas termodinamicamente

como um sistema instável (FOLEGATTI, 2001).

A forma da bolha nas espumas vai depender da densidade das mesmas. Quando se tem

densidade baixa, estas terão formas poliédricas, contrastando com espuma densa, cuja forma

será esférica. No entanto, qualquer que seja a forma das bolhas, normalmente elas têm uma

distribuição de tamanho definido e uma estrutura desordenada, a Figura 2.4 mostra a estrutura

da espuma. A instabilidade da espuma se apresenta quando a distribuição de tamanhos das

Capítulo 2 33


bolhas é heterogênea, produzindo um desequilíbrio das forças na interface gás-líquido (RATTI;

KUDRA, 2006).

Figura 2.4 -Estrutura da espuma

(MUTHUKUMARAN et al., 2008)

Para definir o agente espumante para a desidratação em camada de espuma deve-se

escolher o que promove a maior redução de densidade, uma vez que esta redução é causada

pela incorporação de ar durante a agitação da mistura do suco (ou polpa do produto) com o

aditivo e caracteriza a formação da espuma THUWAPANICHAYANAN et al. (2008). A

presença de substâncias com capacidade de gerar espuma e até mesmo estabilizar uma emulsão

é encontrado em alguns alimentos, como leite e clara de ovo (albumina).

A albumina é a proteína da clara do ovo em pó, é um alimento hiperprotéico, à base

exclusivamente de proteínas de alto valor biológico (SOARES, 2009). Já vem sendo utilizada

por muitos anos por atletas de elite, praticantes de musculação e fisiculturismo, por ser uma

proteína de alta qualidade. Atletas utilizam grandes quantidades desta proteína através do

consumo de ovos e insistem em consumir a clara do ovo crua. Ocorre que a clara do ovo pode

fazer mal a saúde, se consumida desta maneira, por possuir eventualmente bactérias

indesejáveis. Outro problema de consumir albumina através da clara do ovo crua, é que desta

maneira, outros nutrientes do alimento inibem a absorção de uma vitamina do complexo B, a

biotina, umas das substâncias responsáveis por fornecer energia ao organismo. Por este motivo,

o consumo de ovos crus foi sendo substituído por suplementos à base de albumina, bem mais

concentrados e sem nenhum risco a saúde.

As proteínas do ovo possuem muitas propriedades funcionais tais como capacidade de

formação de espuma, géis e emulsões. Além de sua excelente qualidade nutricional, a clara do

ovo ou albúmen é amplamente utilizada em alimentos processados, devido a suas excelentes

propriedades interfaciais (CHRIST, 2006).

Capítulo 2 34


A espuma de claras desempenha um importante papel em inúmeros produtos

alimentares pois os torna leves em textura e contribui para seu crescimento. O batimento em

excesso incorpora muito ar, distendendo a proteína de modo a torná-la fina e menos elástica. A

elasticidade é necessária, especialmente nas espumas que vão ser assadas, de modo que, antes

da proteína ser coagulada pelo calor do forno, o ar incorporado possa expandir-se sem romper

as paredes celulares (GRISWOLD, 1972; FENNEMA, 1993).

FURTADO (2010) e SILVA (2008) utilizaram 5% de um composto proteico à base de

albumina como dispersante e promotor de espuma para secagem em camada de espuma de

polpa de seriguela e tamarindo respectivamente.

2.5. Liofilização

A liofilização ou criodesidratação (freeze-drying) é um processo de desidratação por

sublimação, isto é, a transformação direta do gelo do alimento em vapor de d’água sem passar

pelo estado de água líquida. O fundamento físico que explica o processo conhecido como

liofilização é a coexistência dos três estados físicos da água (sólido, líquido e gasoso) sob

temperaturas de aproximadamente 0ºC e pressão de 4,7 mmHg (milímetros de mercúrio) o qual

refere-se ao chamado ponto triplo da água, possibilitando sua passagem diretamente do estado

sólido para o gasoso, sem passar pela fase líquida (MELONI, 2003).

O congelamento deve ser rápido, para que se formem microcristais de gelo, que não

danifiquem a membrana celular do alimento. Se o congelamento for lento, os cristais formados

são grandes e rompem a membrana celular, acarretando perda do líquido citoplasmático e,

consequentemente, encolhimento do alimento, que fica com aspecto de “murcho” (FRUTAL,

2003).

Liofilização é basicamente um processo de transferência de calor e de massa simultâneo,

no qual o calor é fornecido para o produto congelado e o vapor d'água é removido

continuamente. O processo é geralmente conduzido a vácuo, portanto o produto mantém-se

congelado até a remoção da água. Na liofilização de alimentos, o projeto ótimo de um sistema

deveria ser baseado numa alta taxa de secagem sem danificar a qualidade do produto por

aquecimento (SARA VACOS, 1965). Segundo KING e CLARK (1968), liofilização de

alimentos tem tido aplicação limitada porque as taxas de secagem obtidas são lentas e o

equipamento requerido é muito caro. A taxa de secagem é lenta devido à limitação das forças

motrizes para transferência de massa e de calor e porque a resistência à transferência de calor e

Capítulo 2 35


de massa é alta. Segundo GEORGE e DATTA (2002), a força motriz da pressão de vapor é

muito baixa comparada com processos convencionais de secagem. Isto toma o tempo de

secagem mais longo resultando em um custo relativamente alto.

A principal vantagem do processo de liofilização é a obtenção do produto de alta

qualidade, devido à baixa indução de degradação térmica, à retenção de materiais voláteis

responsáveis pelo aroma e pelo sabor e à estrutura rígida do material secado (LIAPIS e

LITCHFIELD, 1979). Além disso, outras vantagens deste processo são: baixo conteúdo de água

do produto seco, nível próximo à zero (quanto menor o conteúdo de água mais estável o

produto). Segundo LIAPIS e LITCHFIELD (1982), devido à presença de reduzida quantidade

de água, não há meio para proliferação de microrganismos; não existe necessidade de

manuseamento do produto em local refrigerado; redução do peso e volume do produto, o que

facilita a estocagem e o transporte; aumento da vida de prateleira do produto, ou seja, aumento

da vida útil do produto, pela baixa atividade de água do mesmo.

Apesar de a liofilização proporcionar um produto desidratado de qualidade superior, o

método ainda é muito caro, o que limita sua utilização industrial. Deste modo, o uso de

liofilização pela indústria de alimentos é normalmente restrito para produtos de alto valor

agregado, tais como café, algumas frutas e legumes crocantes, alguns ingredientes prontos para

comer e ervas aromáticas (PAN et al. 2008). Além disso, os produtos liofilizados tendem a ser

mais porosos, podendo reidratar mais rapidamente quando expostos a um ambiente úmido, o

que nem sempre é uma característica desejável (Ochoa-Martínez et al. 2012).

2.6. Modelos de Secagem

Para a predição da redução do teor de umidade, no processo de secagem, seja ele simples

ou sofisticado, é necessária uma equação de secagem em camada fina. A quantidade de

equações disponíveis é muito grande e as curvas de secagem que elas originam podem

apresentar valores que diferem entre si em até três vezes (HIEN et al., 2003)

O estudo de sistemas de secagem, seu dimensionamento, otimização e a determinação

da viabilidade de sua aplicação comercial, podem ser feitos por simulação matemática. Para a

simulação, cujo princípio se fundamenta na secagem de sucessivas camadas delgadas do

produto, utiliza-se um modelo matemático que representa, satisfatoriamente, a perda de

umidade do produto durante o período de secagem. Desta forma, modelos matemáticos dos

processos de secagem são utilizados para o desenho de novos sistemas, para a melhoria dos já

Capítulo 2 36


existentes ou mesmo para o seu controle: podendo descrever o fenômeno e fornecer as

informações necessárias sobre umidade e temperatura (OZDEMIR e DEVRES, 1999).

Durante o processo de secagem de materiais higroscópicos porosos, a taxa de secagem

é proporcional ao teor de água livre no material. O modelo exponencial proposto por Lewis

pode ser observado na Equação (1).

𝑑𝑈𝑏𝑠

𝑑𝑡= −𝑘(𝑈𝑏𝑠 − 𝑈𝑒𝑞) (1)

Onde:

𝑘 = constante de secagem (s-1);

𝑈𝑏𝑠 = umidade em base seca (kg H2O/ kg sólido);

𝑈𝑒𝑞 = umidade de equilíbrio (kg H2O/kg sólido);

t = tempo (s).

Desconsiderando-se os efeitos internos do material, a equação de Lewis presume que

toda resistência ao transporte de umidade encontra-se na camada limite (KUKOZAWA, 2005).

A determinação das razões de umidade da secagem é realizada pelo uso das Equações (2) e (3)

que seguem.

𝑅𝑈 = exp (−𝑘𝑡) (2)

𝑅𝑈 =𝑈𝑏𝑠−𝑈𝑒𝑞

𝑈𝑏𝑠𝑖−𝑈𝑒𝑞 .(3)

Segundo Diamante e Munro (1993), o modelo de Page parte da modificação do modelo

de Lewis, ao qual foi adicionado o expoente n a variável tempo. A cinética de secagem tem sido

empiricamente descrita pelo modelo empírico de Page (BAINI e LANGRISH, 2006; AFONSO

JÚNIOR e CORRÊA, 1999; ZANOELO, CELSO e KASKANTZIS, 2007. Conforme se

observa na Equação (4).

𝑅𝑈 = exp (−𝑘𝑡𝑛) (4)

Onde:

𝑅𝑈 = razão de umidade;

𝑘 =constante da equação (1/h);

n = constante adimensional do modelo de Page;

t = tempo (min).

Capítulo 2 37


2.6.1. Coeficiente de difusividade

No processo de secagem o transporte de massa em um meio sólido é amplamente

explicado através da Lei de Fick expressa em termo de gradiente de umidade. Um dos primeiros

estudiosos a interpretar o processo de secagem como um fenômeno difusivo foi (LEWIS 1921).

(SHERWOOD 1939), também confirmou que a difusão interna de um líquido predomina nos

mecanismos internos de transferência de umidade.

Para expressar o mecanismo de difusão na taxa de transferência de umidade, recorre-se

a Lei de Fick, que para geometria de placa plana e transferência de calor unidirecional, pode

ser escrita por conforme Equação (5):

2*

L

dXD X

dt

(5)

Onde:

DL*é o coeficiente de difusão do líquido.

Como muitos sólidos alteram suas características durante a secagem, DL* raramente é

constante. Para esta equação, além das condições de contorno deve-se conhecer as

características de DL*. Devido à heterogeneidade apresentada pelos sólidos porosos costuma-se

expressar a Lei de Fick em termos de um coeficiente de difusão efetivo.

SHERWOOD (1939) desenvolveu muitas pesquisas sobre a operação de secagem de

sólidos, propondo que o movimento da umidade num sólido ocorre pelo mecanismo de difusão

em fase líquida, e que segundo a Equação 6, a Lei de Fick pode ser aplicada para indicar a taxa

de transporte de umidade em sólidos, onde o valor de q depende da geometria.

2

2ef

X X q XD

t X x

(6)

A Equação (7) representa a solução para geometria plana (q = 0), considerando apenas

o fluxo unidimensional na direção axial. O coeficiente de difusão raramente é constante, visto

que é varia com o teor de umidade e com a temperatura (PERRY e CHILTON, 1980).

2 2

22 20

8 1exp 2 1

42 1

efe

ni e

D tX Xn

X X ln

(7)

Capítulo 2 38


2.7. Produtos desidratados em pó

Devido a sua alta perecibilidade, a operação de secagem aplicada as mais diversas frutas

constitui uma alternativa para ampliar mercados, aumentar lucros, diminuir perdas pós-colheita

e obter produtos com maior vida de prateleira, devido à alta estabilidade microbiológica na

forma de pó em comparação com a forma convencional líquida (ARAÚJO, 2014).

Os sucos de frutas podem ser conservados por períodos que variam de semanas a meses

(ESTEVE et al., 2005; WALKLING-RIBEIRO et al., 2009) enquanto os produtos em pó

produzidos a partir dos sucos podem ser conservados por meses e anos dependendo da

embalagem (CHAUHAN; PATIL, 2013; HENRÍQUEZ et al., 2013). 2017).

Uma quantidade crescente de alimentos tem sido desenvolvida e comercializada na

forma de pó. Tais produtos incluem café, cappuccinos, achocolatados, leite, sopas, molhos,

bolos, alimentos infantis, entre outros. Esta tendência está principalmente ligada com a

conveniência oferecida pelos produtos em pó, sua estabilidade química e microbiológica e a

redução dos custos de transporte e armazenamento (FORNY et al., 2011).

O objetivo da produção de alimentos em pó é a sua diluição em um líquido para o

consumo como uma bebida, ou misturados com outros ingredientes alimentícios, para formar

suspensões, para uso doméstico ou industrial. Por isso, uma das propriedades mais importantes

dos alimentos desidratados em pó é seu comportamento quando reconstituídos com água ou

com soluções aquosas. Para os consumidores, a reconstituição dos alimentos em pó deve ser

rápida e completa (Chen e Özkan, 2007; Forny et al., 2011). A estabilidade dos alimentos em

pó é muito susceptível às variações ambientais, podendo ocorrer fenômenos indesejáveis, como

colapso, stickiness (pegajosidade) e/ou caking (empedramento), durante a produção e

armazenamento.

2.8. Higroscopicidade

A tendência de um material em adsorver água do ambiente onde se encontra define a

higroscopicidade, uma característica fundamental dos produtos alimentícios que pode

influenciar os processos de manuseio, processamento, estocagem e consumo. (BENEDETTI,

2010). O estudo da higroscopicidade dos alimentos pode ser feito através das isotermas de

sorção, que consistem em curvas que descrevem a relação entre o conteúdo de umidade e a

Capítulo 2 39


atividade de água (aw) de um produto, à temperatura e pressão constante (CHAVES et al.,2004;

BENEDETTI, 2010).

A higroscopiscidade em alimentos desidratados, notadamente em frutas, é uma das

propriedades de maior importância, tanto do ponto de vista industrial quanto comercial, pois

exerce influência em setores de embalagens (auto-aglomeração e perda de fluidez) e também

está intimamente associada à estabilidade química, física e microbiológica destes produtos.

Portanto, torna-se imprescindível o conhecimento do comportamento higroscópico de tais

produtos, bem como das variáveis que o influenciam, para uma posterior otimização das

condições de desidratação, condicionamento e armazenamento do mesmo (ALVES, 2007).

Com relação à composição química de frutas desidratadas foram verificados em vários

trabalhos que, os açúcares são os principais responsáveis pala alta higroscopiscidade dos

mesmos, devido a capacidade dos grupos hidroxílicos interagirem com as moléculas de água,

principalmente por meio da formação de pontes de hidrogênio (ALVES, 2007).

Os produtos desidratados em pó encontram ampla aplicação em diversas formulações

alimentícias de preparo instantâneo e são de fácil utilização em operação de adição e mistura

em escala industrial. Esses produtos se caracterizam por possuírem um alto teor de sólidos

solúveis com uma porção apreciável no estado amorfo (vítreo), que os torna altamente

higroscópicos e sujeitos as mudanças físicas indesejáveis (PEREIRA, 2000; BEZERRA, 2014).

2.9. Avaliação sensorial

Para a avaliação da qualidade de um produto utilizam-se métodos objetivos que

envolvem avaliações físicas, físico-químicas, químicas, biológicas e microbiológicas; e os

métodos subjetivos ou sensoriais que avaliam os produtos através da impressão de um ou mais

indivíduos. A avaliação pode ser realizada por testes informais de qualidade, por painéis de

analistas treinados ou por testes especiais pelos consumidores (CHITARRA; CHITARRA,

2005).

De acordo com MINIM (2006), o uso da análise sensorial evoca, mede, analisa e interpreta

reações das características dos alimentos que são percebidas pelos sentidos da visão, olfato, gosto,

tato e audição. Como garantia de qualidade dos alimentos, os testes sensoriais são usados como

medida de avaliação, pois os órgãos dos sentidos humanos possuem vantagens na detecção de

pequenas alterações perceptíveis sensorialmente, o que geralmente não ocorre através de outros

procedimentos analíticos (CARDELLO; CARDELLO, 1998). Segundo SOUZA E MENEZES

(2006), as características sensoriais de um produto determinam o preferido e aceitável por um

determinado público alvo.

Capítulo 2 40


Segundo OLIVEIRA (2009), para a realização de uma análise sensorial é importante que se

tenha atenção com as amostras (quantidade, temperatura, codificação), a equipe de provadores

(devem apresentar sensibilidade, interesse, disponibilidade, objetividade e boa saúde), o horário e

o local dos testes (ventilação e iluminação). Um conjunto de especificações básicas deve ser seguido

neste tipo de avaliação, para que se mantenha uma uniformidade em toda a metodologia empregada,

de modo a manter uma padronização dos experimentos (MINIM, 2006).

Capítulo 3

Materiais e Métodos

Capítulo 3 42


3. Materiais e métodos

3.1. Matérias prima

Foram selecionadas para a elaboração do pó de banana, bananas pacovan (Musa

sapientum.), adquiridas nos mercados locais na cidade de Natal/RN isentas de doenças e danos

externos com uniformidade nas pencas e no grau de maturação 1 e 6 classificada de acordo com

a Escala de Maturação de Von Loesecke (CEAGESP 2006). Para avaliar se os frutos adquiridos

estavam realmente adequados ao processamento, foi observada visualmente sua coloração e

realizado medidas dos sólidos solúveis totais de aproximadamente 3-5 e 23-25 °Brix para

banana verde e madura respectivamente, através de um refratômetro digital. Para a secagem em

camada de espuma, foi utilizada como agente espumante a albumina comercial (Naturovos) e

incorporada na polpa da fruta.

3.2. Ensaios de secagem

Para analisar os diferentes efeitos individuais e combinados da temperatura, espessura

da camada e concentração de albumina na cinética de secagem e nas características do produto

em pó e reconstituído, foram realizados experimentos para as espumas de banana verde e

madura conforme delineamento 33, com 2 repetições no ponto central, totalizando 58 ensaios,

cujas variáveis independentes foram concentração de albumina (2,5%, 5%, 7,5%), temperatura

(60°C, 70 °C e 80°C) e espessura da camada de espuma (0,80 cm, 1,3 cm, 1,80 cm). Na Tabela

3.1 mostram-se as condições operacionais em que foram realizados os experimentos

Capítulo 3 43


Tabela 3.1 - Delineamento Experimental para os ensaios de secagem em camada de espuma.

Ensaios Temperatura (°C) Albumina

(%)

Espessura

(cm)

1 60 (-1) 2,5 (-1) 0,8 (-1)

2 60 (-1) 2,5 (-1) 1,3 (1)

3 60 (-1) 2,5 (-1) 1,8 (0)

4 60 (-1) 5,0 (1) 0,8 (-1)

5 60 (-1) 5,0 (1) 1,3 (1)

6 60 (-1) 5,0 (1) 1,8 (0)

7 60 (-1) 7,5 (0) 0,8 (-1)

8 60 (-1) 7,5 (0) 1,3 (1)

9 60 (-1) 7,5 (0) 1,8 (0)

10 70 (1) 2,5 (-1) 0,8 (-1)

11 70 (1) 2,5 (-1) 1,3 (1)

12 70 (1) 2,5 (-1) 1,8 (0)

13 70 (1) 5,0 (1) 0,8 (-1)

14 70 (1) 5,0 (1) 1,3 (1)

15 70 (1) 5,0 (1) 1,8 (0)

16 70 (1) 7,5 (0) 0,8 (-1)

17 70 (1) 7,5 (0) 1,3 (1)

18 70 (1) 7,5 (0) 1,8 (0)

19 80 (0) 2,5 (-1) 0,8 (-1)

20 80 (0) 2,5 (-1) 1,3 (1)

21 80 (0) 2,5 (-1) 1,8 (0)

22 80 (0) 5,0 (1) 0,8 (-1)

23 80 (0) 5,0 (1) 1,3 (1)

24 80 (0) 5,0 (1) 1,8 (0)

25 80 (0) 7,5 (0) 0,8 (-1)

26 80 (0) 7,5 (0) 1,3 (1)

27 80 (0) 7,5 (0) 1,8 (0)

Fonte: O autor (2019)

3.3. Ajuste do Modelos

Com os valores da umidade em base seca em função do tempo, foram construídas as

curvas características de secagem e as curvas correspondentes à massa acumulada de água

evaporada em função do tempo. A partir destas curvas foi possível identificar o período de taxa

constante de cada experimento, sendo as taxas de secagem neste período calculadas através da

linearização dos dados da massa evaporada em função do tempo. Considerando a umidade de

equilíbrio como a umidade alcançada ao se atingir peso constante, foram calculadas as razões

de umidade (MR) Equação (8). Aos dados da razão de umidade em função do tempo ao longo

de toda a secagem foram ajustados os modelos matemáticos de Page Equação (9), Midilli et al.

Capítulo 3 44


(2002) Equação (10), conforme mostrado na Tabela 3.3, utilizando-se o programa Statistica 10.

A (MR) é definida como sendo a diferença entre a umidade, em base seca, em um dado tempo

t de secagem, e a umidade de equilíbrio, dividida pela diferença entre a umidade no início da

secagem e a umidade de equilíbrio.

𝑀𝑅 =𝑀𝑡 −𝑀𝑒

𝑀𝑜 −𝑀𝑒 (8)

Tabela 3.3 - Modelos matemáticos de Page e Midilli

Em que MR é a razão de umidade; Mt são os teores de umidade em base seca, Me de

equilíbrio e Mo inicial em (kg/ kg), a, b, n são parâmetros adimensionais dos modelos; t é o

tempo (min); k constante de secagem (min-1).

3.4. Difusividade Efetiva

A partir do ajuste dos dados da razão de umidade em função do tempo para o período

de taxa decrescente foi ajustado o modelo de Fick representado na Equação (11) para placa

plana (Crank, 1975). O modelo difusional de Fick, aplicado a períodos de taxas de secagem

decrescentes, foi ajustado usando os sete primeiros termos (i = 1, 2,7) da série de Fourier.e a

umidade inicial como a umidade crítica alcançada no período de taxa constante. O Deff foi

determinado por regressão não linear usando o software Statistica 7.0.

MR=8

π2 ∑1

(2n+1)

∞n=0 exp [-

(2n+1)2 π2 Deft

4L2 ] (11)

onde MR é a razão de umidade adimensional, L é a espessura da camada de espuma (m), Deff

é a difusividade efetiva (m²/s)e t é tempo (s).

3.5. Processamento da banana

As frutas selecionadas foram submetidas à pré-lavagem com água corrente para remover

sujeiras e outros materiais estranhos. Logo após a carga microbiana foi reduzida imergindo as

Designação do modelo Modelo Equação

Page

(9)

Midilli

(10)

𝑀𝑅 = exp(−𝑘𝑡𝑛)

𝑀𝑅 = 𝑎 exp(−𝑘𝑡𝑛) + 𝑏𝑡

Capítulo 3 45


frutas em solução de hipoclorito de sódio na concentração 50 ppm à temperatura ambiente

(25°C) por um período de 30 minutos e logo após foram enxaguados em água corrente, para

retirar o excesso da solução.

As frutas lavadas e sanitizadas, foram descascadas manualmente com o auxílio de uma

faca e cortados ao meio, em fatias de aproximadamente 2 cm de espessura. Para minimizar o

escurecimento enzimático realizou-se um pré-tratamento por imersão em 1% (w/w) de solução

de metabissulfito de sódio por dois minutos, para evitar a descoloração durante a formação de

espuma, com enxague em água destilada durante trinta segundos (Krokida et al. 2000).

3.6. Preparação das espumas

As fatias de bananas pré-tratadas foram cortadas em pedaços pequenos e trituradas em

um liquidificador (modelo: B91200282, Mallory, Brasil) por 1 minuto. Para cada 300 g do purê

de banana foram adicionadas albumina em pó em proporções de 2,5, 5,0 e 7,5%. A cinética de

expansão da espuma foi avaliada para cada concentração de albumina, através do batimento na

velocidade máxima da batedeira (modelo B-05, Mondial, Brasil), Figura 3.1, em tempos de 0,

4, 8, 12, 16 e 20 minutos. Para cada tempo de batimento foram realizadas as medidas da

densidade das espumas.

Figura 3.1- Imagem do tratamento da banana e batimento das espumas

Fonte: (Autor,2019)

Capítulo 3 46


3.7. Secagem em Camada de Espuma

Para cada condição do planejamento experimental, foram preparadas as espumas de

polpa de banana verde mediante a adição de albumina na concentração fixada (2,5, 5 e 7,5%) e

tempo de batimento otimizado. As espumas foram espalhadas em placas de aço inoxidável e

nas condições de camada de espessura (0,8, 1,2 e 1,8 cm) e temperatura (60, 70 e 80 °C)

definidas pelo planejamento experimental foram secas em estufa com circulação de ar

(TECNAL TE-394/I, Brasil), Figura(3.2). Foram utilizadas três placas retangulares com

diferentes dimensões (1,8x24,5x14,6), (1,3x20x25) e (0,8x37x22) e volume fixo de 650±6 cm³.

A perda de umidade das espumas foi determinada em intervalos regulares de tempos, pesando-

se a placa fora da estufa usando uma balança semi-analíticas com precisão de ± 0.01g. A

secagem prosseguiu até se atingir massa constante. O produto obtido em cada condição de

secagem foi raspado da bandeja e triturado em liquidificador (modelo: B91200282, Mallory,

Brasil), armazenado em saco de polipropileno e conservado em refrigeração para posteriores

análises. Os tempos médios de secagem das espumas foram determinados em horas e as

características físico-químicas dos produtos desidratados foram determinadas de acordo com a

AOAC (2000) em triplicata. Os resultados foram expressos em médias ± desvios padrão.

Capítulo 3 47


Figura 3.2 - Imagens da placas com as espumas de banana desidratada e Estufa de circulação de ar

Fonte: (Autor, 2019)

3.8. Liofilização

O purê das bananas foi colocado em placas de alumínio e submetido a congelamento

em freezer a temperaturas abaixo de zero por 48 horas. A liofilização foi realizada sob os

seguintes parâmetros operacionais: velocidade constante de 1 mm/h, vácuo de 0,5 mmHg e

pressão final de 0,05 mmHg. As amostras foram liofilizadas durante 48 horas. Finalizado o

processo, o produto liofilizado foi removido das bandejas e acondicionado em sacos de

polietileno. O liofilizador (modelo L101, Liobras, Brasil, Figura 3.3) consiste de uma câmera

de vácuo, condensador, unidade de refrigeração e bomba de vácuo.

Figura 3.3 - Liofilizador de bancada

(Fonte: Moraes, 2018)

Capítulo 3 48


3.9. Caracterizações do purê de banana pacovan

Foram realizadas análises química, física e físico-química da polpa in natura e dos pós

Figura 3.4, provenientes do processo de produção. Todas as análises foram realizadas em

triplicatas.

Figura 3.4 -Pó de banana obtido pelo método de secagem em camada de espuma

3.9.1. Caracterização química e físico-química

3.9.1.1. Umidade (%bu)

Foram pesadas amostras de 3 a 5 gramas em pesa-filtros previamente calibrados. Em

seguida os pesa-filtros foram colocados na estufa com circulação forçada de ar (TECNAL TE-

394/I, Brasil). O teor de água foi obtido pela diferença de massa da amostra antes e após

secagem em estufa a 105ºC até peso constante, de acordo com técnicas descritas pelo Instituto

Adolfo Lutz (2008).

3.9.1.2. pH

A determinação do pH foi realizada em potenciômetro digital (TECNAL, Modelo: Tec-

5) devidamente calibrado com soluções-tampão de pH 4,0 e 7,0, conforme as Normas Analíticas

do Instituto Adolfo Lutz (2008).

Capítulo 3 49


3.9.1.3. Acidez Total Titulável (ATT)

As amostras foram tituladas com solução de hidróxido de sódio a 0,1 N e os resultados

expressos em percentagem de ácido málico, conforme as Normas Analíticas do Instituto Adolfo

Lutz (2008).

3.9.1.4. Sólidos Solúveis Totais (°Brix)

Os sólidos solúveis foram determinados em amostras à temperatura ambiente (25°C)

diretamente em refratômetro digital de bancada (ATAGO, SMART-1), os valores foram

encontrados pela equivalência do índice de refração.

3.9.1.5. Ácido ascórbico

A metodologia utilizada neste trabalho foi baseada no Método de Tillmans, conforme

descrito nas Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz (2008). Este método baseia-se na

redução do sal sódico de 2,6-diclorofenol indofenol por uma solução ácida de vitamina C.

3.9.1.6. Proteína

A determinação de proteína foi feita pelo método de Kjeldahl de acordo com Instituto

Adolf Lutz (2008).

3.9.1.7. Lipídios

O conteúdo de lipídios foi determinado por extração direta em Soxhlet, utilizando éter

de petróleo como solvente.

3.9.1.8. Carboidratos

Calculado pela diferença entre a massa inicial da amostra (100g) e o total da massa de

proteínas, de lipídios, de resíduo mineral fixo e de fibra bruta (USP, 2006).

3.9.1.9. Cinzas

Determinada por gravimetria, mediante incineração da amostra em mufla a 550°C até

obtenção de cinzas clara (IAL no 4.8 1985).

3.9.2 Caracterização física

3.9.2.1 Atividade de água (Aw)

As amostras foram transferidas para cápsulas de polietileno, com diâmetro interno de

3,8 cm para determinação de atividade de água em medidor de atividade do tipo AQUALAB,

na temperatura de 25ºC.

Capítulo 3 50


3.9.2.2 Densidade aparente da espuma

A densidade da espuma foi determinada utilizando-se uma proveta de 10 mL e realizado

a pesagem de um volume fixo da espuma (Thuwapanichayanan et al. 2008). A espuma foi

manuseada com o máximo cuidado para evitar a degradação da textura ou o aprisionamento de

ar durante o enchimento da proveta. A densidade foi calculada de acordo com a Equação (12).

Densidade da espuma=massa da espuma (g)

volume de espuma (cm3) (12)

3.9.2.3 Expansão da espuma (Over-run)

Com os valores das densidades foi possível obter a capacidade de expansão da espuma

ou over-run. Para o cálculo da expansão foi utilizado a seguinte Equação (13).

𝐸𝑥𝑝(%) = 1/𝜌𝑒𝑠𝑝𝑢𝑚𝑎−1/𝜌𝑝𝑜𝑙𝑝𝑎

1/𝜌𝑝𝑜𝑙𝑝𝑎𝑥100 (13)

Onde:

Exp = expansão da espuma (%);

ρpolpa = densidade da polpa (g.cm-3);

ρespuma = densidade da espuma (g.cm-3).

3.10 Análise da morfologia das espumas

As análises das imagens das espumas de banana verde e madura foram realizadas no

microscópio óptico (modelo: Olympus BX51) acoplado a uma câmera Olympus UC30, ambas

conectadas a um computador. Cada amostra foi preparada colocando a espuma recentemente

batida em uma lâmina de vidro e cobrindo com lamínula. A espuma foi observada com uma

lente objetiva (× 20) e retratada a 0 e 4 minutos, nas concentrações de 2,5, 5 7 7,5% de albumina.

3.11 Caracterização dos pós de banana liofilizados e em camada de espuma

Foram caracterizados os pós obtidos através da secagem em camada de espuma e

liofilização através das análises de umidade, pH, ATT, Aw, teor de proteína, lipídio, carboidrato

e fibras seguindo as metodologias descritas no item 4.4.1. Análises mais específicas para

caracterizar o produto em pó foram realizadas e se encontram descritas conforme segue.

Capítulo 3 51


3.11.1 Higroscopicidade

A higroscopicidade foi determinada de acordo com a metodologia proposta por (Cai e

Corke 2000), com algumas modificações, baseadas no estudo de Tononet et al. (2008) e

descritas na sequência. Colocou-se aproximadamente 1 g de cada amostra em placas de Petri

por sete dias em dessecador contendo uma solução saturada de cloreto de sódio (umidade NaCl,

relativa de 75,29%) a 25ºC. Completados os sete dias as amostras foram pesadas e a

higroscopicidade foi calculada e expressa como a massa (g) de água adsorvida por 100 g de

massa seca da amostra (g.100g-1). Os pós foram classificados de acordo com os valores de

higroscopicidade de acordo com a Tabela 3.3 de GEA NIRO Research Laboratory.

Tabela 3.3 – Classificação dos pós de acordo com sua higroscopicidade

Higroscopicidade

Não higroscópico <10%

Ligeiramente higroscópico 10,1 - 15%

Higroscópico 15,1 - 20%

Muito higroscópico 20,1 - 25%

Extremamente higroscópico >25%

Fonte: (GEA NIRO, 2017)

3.11.2 Solubilidade

Amostras de 1g de pó, foram diluídas por adição de 100 mL de água destilada em

agitador, sob agitação mecânica de 2500 rpm por 5 minutos. As soluções foram transferidas

para tubos e centrifugadas a 2600 rpm por 5 minutos. Alíquotas do sobrenadante (20 mL) foram

transferidas para pesa-filtros, previamente tarados e submetidas à secagem em estufa a 70°C. O

percentual de solubilidade foi calculado a partir da diferença entre o peso final e o inicial do

material no pesa-filtro.

3.11.3 Microscopia eletrônica de varredura

A morfologia dos pós de banana foi visualizada por meio da microscopia eletrônica de

varredura (MEV). As amostras foram fixadas em porta-espécimes metálicas com fita adesiva

de dupla face condutora convencional e foram observadas em microscópio eletrônico de

varredura (modelo TM3000, Hitachi High Technologies, EUA), trabalhando a uma voltagem

de aceleração de 5 kV e 15 kV. Micrografias foram fotografadas em ampliações de 100 vezes.

Capítulo 3 52


3.11.4 Difração de raios-x

A estrutura global e a cristalinidade dos pós foram avaliadas com um medidor de

difração de raios X (modelo XRD 7 000, Shimadzu, Japão). As varreduras foram realizadas na

faixa de 2θ de 5° a 120° com um aumento de 1°/min e intervalos de 0,02° (CANO-CHAUCA

et al., 2005).

3.11.5 Avaliação dos compostos bioativos da banana

3.11.5.1 Extração dos compostos fenólicos

A extração foi realizada de acordo com o procedimento descrito por (Reddy et al. 2010)

com algumas modificações. Em um tubo de centrifuga, a massa da amostra homogeneizada

com 10mL de solução aquosa de etanol (40:60, v.v-1) foram submetidas a agitação em agitador

de tubos por 1 minuto, em seguida, mantidas ao abrigo da luz por uma hora para posterior

centrifugação a 8.000rpm por 10 minutos. O sobrenadante foi recolhido e uma nova extração

com a mesma amostra foi realizada. Os sobrenadantes foram misturados para posterior análise.

Os extratos foram utilizados nas determinações de atividade antioxidante e de compostos

fenólicos totais.

3.11.5.2 Compostos fenólicos totais

Os teores de compostos fenólicos totais foram determinados pelo método de Folin-

Ciocalteau de acordo com (Scalbert et al.1989), com algumas modificações. Para a reação

colorimétrica, uma alíquota de 500μL da solução de extrato etanólico será adicionada de 2,5mL

de solução de Folin-Ciocalteau a 10%. Após 5 minutos adiciona-se 2,0mL de carbonato de

sódio a 7,5% e a mistura será incubada por 5 minutos em banho-maria a 50°C. A absorbância

será medida a 760 nm em espectrofotômetro e a quantidade total de fenólicos de cada extrato

foi realizada por meio de uma curva de calibração de ácido gálico nas concentrações de 8, 16,

24, 32.5 e 40μg. Os resultados foram expressos em miligramas equivalentes de ácido gálico

(EAG) por 100 gramas de amostra fresca.

3.11.5.3 Determinação da atividade antioxidante pelo método DPPH

Nas determinações da atividade antioxidante pelo método DPPH, foi seguida pelo

método (Brand-Williams, 1995), com algumas adaptações. O radical DPPH foi obtido

Capítulo 3 53


diretamente por dissolução do reagente em metanol. Para determinação da atividade

antioxidante, numa cubeta, foram adicionados 100μL do extrato etanólico juntamente com

solução de DPPH com absorbância 0,8 a 515nm. As soluções foram deixadas em repouso por

30 minutos em ambiente sem incidência direta de luz, com posterior leitura em

espectrofotômetro a 515nm.

3.12. Análise microbiológica

As amostras de purê e do pó de banana reconstituído foram avaliadas quanto à presença

de coliformes fecais e de Salmonella sp de acordo com as normas estabelecidas pela Resolução

RDC nº 12 que regulamenta os Padrões Microbiológicos para Alimentos (Brasil 2001).

Para a realização das análises, cada amostra foi diluída até a concentração de 10-4. Para

se obter tal diluição, foram retirados assepticamente 25g de cada amostra e adicionadas em

erlenmeyer contendo 225 mL de água peptonada a 0,1%, obtendo-se assim a diluição 10-1. A

partir desta diluição foram preparadas as diluições 10-2 até 10-4, pipetando 1 mL da diluição

anterior e adicionando 9 mL de solução salina peptonada 0,1%.

A determinação de coliformes foi realizada através da técnica de semeadura sobre

camada com meio de cultura Violet Red Bile a 45±1°C por 24 h com confirmação em 48 h.

3.13. Análise Sensorial

3.13.1. Reconstituição do pó da banana madura

O produto desidratado obtido após secagem em camada de espuma da polpa de banana

foi inicialmente reidratado em água reconstituindo-se o purê em três condições de concentração

de pó (38, 33 e 28%). Aos purês reconstituídos foi adicionado leite integral para obter a Banana

Smoothie (35%de leite e 65% do purê) e realizar a análise sensorial, sendo gerados três grupos

experimentais F1(38%), F2(33%) e F3(28%) conforme (Tabela 3.5). Outra formulação

constituída com a banana in natura e adição de 5% de albumina (65%) e de leite integral (35%)

foi utilizada como controle (C) nas análises.

Os purês foram reconstituídos em água e adicionados de leite na temperatura ambiente.

Os ingredientes foram colocados em misturador (modelo RI2034, Philips Walita 600W, 3

velocidades) e batido durante 2 min à velocidade máxima. O smoothie preparado foi mantido

refrigerado até o momento da análise sensorial e no decorrer desta, sempre que necessário novos

smoothies foram preparados.

Capítulo 3 54


Tabela 3.5- Quantidades de pó de banana, água e leite integral utilizadas na preparação de 1500g

da banana smoothie

Pó de banana (g) Água (mL) Leite integral (mL)

F1 (38%) 370.50 604.50 525

F2 (33%) 321.70 653.25 525

F3 (28%) 273.00 702 525

3.13.2. Teste de comparação múltipla

A análise sensorial foi realizada utilizando o teste de comparação múltipla. Foram

recrutados 50 provadores não treinados, tendo como critério de inclusão o consumo habitual de

banana batida com leite e a não intolerância a produtos derivados de leite. Os avaliadores

realizaram os testes no Laboratório de Análise Sensorial no Departamento de Nutrição, da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte (DNUT/UFRN), em cabines individuais. Nas

cabines individuais receberam uma amostra-controle (C) de vitamina de banana e as três

amostras reconstituídas (F1, F2 e F3), codificadas aleatoriamente. Ao avaliador foi solicitado

provar as amostras, comparando-as com o controle, e avaliar o grau de diferença entre elas,

usando uma escala hedônica de 9 pontos (Figura 3.4), cujos extremos foram: 1- Extremamente

melhor que o controle e 9 – Extremamente pior que o controle, para análise do atributo sabor

(Dutcosky 2013).

Capítulo 3 55


Figura 3.4- Tabela para Teste de comparação múltipla

3.14. Avaliação estatística dos resultados do planejamento experimental e

otimização

Os resultados do planejamento experimental, os ajustes do modelo matemático da Lei de

Fick às curvas experimentais de secagem, assim como dos modelos de secagem aos dados

experimentais foram analisados usando o programa Statistica 10. Os resultados das análises deste

estudo foram à análise de variância (ANOVA), ao teste de Tukey e análise de regressão linear,

ao nível de 5% de significância (p<0,05), do software Statistica 10. Para avaliar a capacidade do

modelo matemático para representar a operação de secagem, foi utilizado o coeficiente de

determinação (R2). O melhor ajuste foi identificado por valores altos do R2.

Os resultados das análises para o teste de comparação múltipla foram submetidos à

análise de variância, ANOVA, seguido do teste de comparação de médias por Dunett,

considerando-se um nível de significância a 5% de probabilidade. As análises foram realizadas

através do programa Action versão para Windows, ano 2014.

Capítulo 4

Resultados e Discussão

Capítulo 4 57


4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Caracterização Físico-química dos Purês de Banana Utilizados

De acordo a Escala de Maturação de Von Loesecke (CEAGESP, 2006), as bananas

(Musa spp.) analisadas neste trabalho, encontram-se nos estágios de maturação verde e madura

já que apresentam teor de sólidos solúveis de 5,10±0,06 e 24,66±0,68 °Brix, respectivamente

conforme Tabela 4.1. O baixo teor de sólidos solúveis presentes na banana verde é justificado

pela elevada concentração de amido que se converte em açúcares ao longo do processo de

amadurecimento. Explica-se assim o alto teor de sólidos solúveis, praticamente açúcares,

presente da banana madura. As medidas do pH forneceram valores de 4,81 ± 0,02 para a banana

madura e 5,14±0,04 para a verde. Considera-se que na banana verde o ácido oxálico predomina

sobre os ácidos málico e cítrico, porém, este ácido diminui com o amadurecimento, dando lugar

ao ácido málico, como o mais importante (BLEINROTH et.al, 1995). Foram obtidos resultados

de acidez entre, 0,48± 0,033 e 0,466 ± 0,016 para a banana madura e verde respectivamente.

(Souza, 2002) ao analisar bananas pré-tratadas por desidratação osmótica sem (SV) e com

utilização de vácuo (CV) encontrou valores de pH entre 4,03 e 4,05 e acidez 0,81 e 0,71

respectivamente. De acordo com SEYMOUR (1993) o ácido málico e o cítrico são responsáveis

pelo sabor azedo da banana verde e o ácido oxálico é responsável pela adstringência da fruta.

À medida que ocorre o amadurecimento há uma redução desses ácidos e o sabor vai se tornando

adocicado principalmente devido aos açúcares provindos da degradação do amido.

Os resultados do teor de umidade foram 72,65±0,02% e 70,89±0,02% para as polpas de

banana madura e verde. Os valores obtidos para umidade estão de acordo com

(MORTON,1987) que encontrou umidade média de 70% para banana verde e em torno de 75%

para a banana madura e afirmam que durante a maturação, a umidade da polpa aumenta

ligeiramente, devido às transformações ocorridas com os carboidratos. A Tabela 4.1 mostra as

características físico-químicas do purê da banana madura e verde.

Capítulo 4 58


Tabela 4.1 Características físico-químicas

Purê de Banana

Madura Verde

Umidade 72,65±0,002 70,89±0,002

°Brix 24,66±0,676 5,10±0,061

Acidez 0,48±0,033 0,466±0,016

pH 4,81±0,016 5,14±0,037

4.2 Densidade e percentual de formação da espuma

Os purês das bananas nas escalas de maturação madura e verde não apresentaram

capacidade de formação de espumas, sendo necessária a adição de albumina como agente

espumante para a formação e estabilização das espumas.

A densidade é a propriedade física comumente empregada para avaliar a formação da

espuma ao longo do processo de batimento. Os efeitos do tempo de batimento e de diferentes

concentrações de albumina sobre a densidade das espumas de bananas madura e verde são

apresentados nas Figuras 4.1 e 4.2

Conforme se observa nas Figuras 4.1 e 4.2 a partir do início do batimento ocorre a

diminuição da densidade, o que se justifica pela incorporação de bolhas de ar ao purê da fruta.

A diminuição da densidade prossegue até atingir um ponto de mínimo, a partir do qual é

observado um aumento nos valores desta propriedade, consequência do rompimento das bolhas

de ar causado pelo tempo estendido de batimento. As espumas das bananas madura e verde

apresentaram densidades mínimas de 0,271 g/cm3 e 0,333 g/cm3, respectivamente, para o tempo

de batimento de 4 minutos e concentração de 5% de albumina, estando compreendidas dentro

da faixa recomendada para a secagem em camada de espuma (0,1 a 0,6 g/cm3) conforme Van

Asdel (1964) e Hart e colaboradores (1963), que estabelecem que as espumas devem apresentar

valores de densidade entre 0,2 e 0,6 g/cm³, uma vez que as espumas com menores densidades

permanecem mais estáveis por um maior período, reduzindo o tempo de secagem Resultado

semelhante ao do presente trabalho foi encontrado por Thuwapanichayanan (2008), em que a

espuma da banana com concentração de 5% de albumina apresentou densidade de 0,3 g/cm3

Capítulo 4 59


Figura 4.1 – Densidade da espuma de banana madura em função do tempo de batimento para diferentes concentrações

de albumina

Figura 4.2 – Densidade da espuma de banana verde em função do tempo de batimento para diferentes concentrações

de albumina

A partir dos dados de densidade coletados experimentalmente foi calculada a expansão

das espumas que indica a quantidade de ar incorporada ao material durante a formação das

mesmas. Quanto maior a quantidade de ar incorporado durante o batimento, menor a densidade

da espuma e maior a expansão (FALADE et al., 2003). Na Tabela 5.2 são ilustrados os dados

relativos à expansão dos purês de banana madura e verde onde se observa a influência da

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 4 8 12 16 20

Den

sid

ad

e (

g/c

m³)

Tempo (min)

2,5% de albumina

5,0% de albumina

7,5% de albumina

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 4 8 12 16 20 24

den

sid

ade

(g/c

m3)

tempo (min)

5% dealbumina

2,5% dealbumina

7,5% dealbumina

Capítulo 4 60


concentração de albumina e do tempo de batimento na expansão. As maiores expansões foram

observadas tanto para a banana madura como para a verde aos 4 minutos de batimento nos três

níveis de concentração de albumina. Com o aumento da concentração de albumina para 7,5%,

houve uma pequena redução na expansão da espuma. As espumas da banana madura e verde

atingiram expansão máxima de 201,50 e 228,42 % na condição de 5% de albumina. Para tempos

de batimento mais curtos a expansão da banana verde é superior à da banana madura em todos

os níveis de concentração de albumina.

Tabela 4.2- Expansão das espumas de banana madura e verde (%)

Banana Madura Banana Verde

Tempo

(min) 2,50% 5,00% 7,50% 2,50% 5,00% 7,50%

0 5,045± 0,077 3,48±0,06 0,1625±0,01 12,225±0,26 12,97±0,11 11,28±0,3

4 167,31±0,410 201,505±0,20 100,475±0,13 174,275±0,4 228,425±0,4 121,705±0,26

8 112,145±0,360 157,15±0,09 131,955±0,09 122,935±0,1 179,5±0,24 93,29±0,12

12 42,065±0,43 103,76±0,33 71,255±0,17 58,67±0,42 101,56±0,08 51,35±0,05

16 39,16±0,11 53,93±0,11 48,61±0,33 24,265±0,12 41,265±0,12 37,245±0,1

20 21,465±0,16 18,845±0,16 20,855±0,13 28,34±0,31 37,81±0,22 33,27±0,4

Considerando-se estes resultados para o prosseguimento do estudo foi fixado o tempo

de batimento das espumas em 4 minutos para as três concentrações de albumina, 2,5, 5,0 e 7,5

%.

4.3 Morfologia das espumas

A densidade de uma espuma exerce uma influência direta na morfologia. A análise de

imagens de espumas é uma técnica útil para visualizar as complexas mudanças na densidade e

no tamanho das bolhas provocadas por diferentes concentrações de espumante e tempos de

batimento. Na Figura 4.3 são exibidas as micrografias representativas do purê de banana

madura e verde, antes de iniciar o batimento (A e E) não apresentando bolhas e 4 min após a

formação de espuma (2,5% B e F), (5% C e G) e (7,5% D e H), sendo possível visualizar que

as bordas das bolhas são bem definidas e que cada bolha apresenta seu filme interfacial. As

espumas obtidas mostraram distribuições de tamanhos de bolhas polidispersas (com variedade

no tamanho das bolhas), e formas esféricas e poliédricas. Esses resultados são comparáveis aos

Capítulo 4 61


relatados por Lau e Dickinson (2004), que estudaram espumas à base de albumina em soluções

concentradas de açúcar.

Capítulo 4 62


Figura 4.3 – Fotomicrografia da banana madura e verde sem batimento (A) e (E) e com

batimento de 4 minutos com albumina e concentração de 2,5% (B) e (F), 5% (C) e (G) e 7,5%

(D) e (H).

A observação das análises das imagens das espumas, pode ser considerada uma

técnica que fornece uma visualização bem adequada das mudanças complexas que ocorrem na

densidade e distribuição de tamanhos das bolhas devido ao tempo de incorporação de ar e das

diferenças de concentração do agente espumante.

Quanto mais estável for à estrutura durante o processo de secagem, mais bolhas

permanecerão durante todo o processo de secagem. As bolhas promovem aumento na

porosidade e solubilidade do pó.

Capítulo 4 63


4.4. Secagem em camada de espuma

Uma menor densidade e consequentemente maior expansão, promovem maiores áreas

de troca de calor e massa, resultando em altas taxas de evaporação e uma secagem mais rápida,

diminuindo possíveis perdas nutricionais consequentes do tempo de exposição ao calor. Desse

modo, após a análise das curvas de densidade em função do tempo de batimento

definiu-se o tempo de batimento em 4 minutos para realizar o estudo da cinética de secagem

das espumas de bananas madura e verde em três níveis de concentração de albumina 2,5, 5,0 e

7,5%. A secagem foi realizada variando-se a temperatura (60,70 e 80°C) e a espessura da

camada de espuma (0,8, 1,2 1,8cm) seguindo um delineamento experimental com base em um

planejamento 33 com duas réplicas no ponto central (5%, 70°C e 1,2 cm). São ilustradas na

Figura 4.4 (A e B) um conjunto de curvas de secagem que representam o comportamento

observado nos 28 experimentos do planejamento experimental, realizados com as espumas de

banana em cada estágio de maturação. A análise conjunta das curvas ilustradas nas figuras

mostra que o tempo total de secagem é mais curto para as espumas produzidas a partir do purê

da banana verde Figura 4.4 (B). O tempo de secagem para atingir a condição de equilíbrio foi

bastante reduzido em função da temperatura e espessura da camada de espuma da temperatura

e as curvas apresentam maiores inclinações e consequentemente maiores taxas de secagem

decorrente da maior quantidade de calor transferido do ar para o material. É possível observar

dois períodos de secagem, o de taxa constante e decrescente. Segundo Park et al. (2007), no

período de taxa constante a quantidade de água disponível dentro do produto é muito grande.

A água é evaporada como água livre, uma vez que sua pressão de vapor é constante e igual à

pressão de vapor de água pura à temperatura do produto. A temperatura do produto, por sua

vez, também é constante e igual à temperatura de bulbo úmido, comportamento explicado pela

compensação entre as transferências de calor e de massas (Baptestini, 2015). No período de

taxa decrescente segundo Brooker et al. (1992), a transferência de calor não é compensada pela

transferência de massa porque a resistência interna ao transporte de água torna-se maior do que

a resistência externa. Este fator limita a redução da migração de água do interior do produto

para a superfície deste e a temperatura do produto aumenta, podendo atingir a temperatura do

ar de secagem.

Capítulo 4 64


(A) (B)

Figura 4.4- Umidade em base seca em função do temo para as espumas de banana

madura (A) e verde (B).

Na Figura 4.5 (A e B) encontram-se ilustradas as curvas da massa acumulada de água

evaporada por unidade de massa seca para os dois tipos de banana. Identifica-se o período de

taxa constante observado em todos os experimentos através do comportamento linear da massa

evaporada em função do tempo.

(A) (B)

Figura 4.5-Razão da massa acumulada de água evaporada por unidade de massa seca

em função do tempo para as espumas de banana madura (A) e verde (B)

Capítulo 4 65


Identificado o período de taxa constante, para cada experimento foi ajustado o modelo

linear, passando pela origem, ao conjunto de dados da razão de massa em função do tempo no

citado período. A inclinação das retas ajustadas forneceu a taxa específica de secagem constante

(Wc) sendo identificados através das curvas o tempo crítico (tc) e umidade crítica (Uc), cujos

valores e respectivos coeficientes de correlação são listados nas Tabela 4.3.

Tabela 4.3 – Resultados experimentais e ajuste do modelo linear aos dados da secagem no

período de taxa constante das espumas das bananas verde e madura, conforme o planejamento

experimental.

Ensaio Condições de secagem Estágio

W tc Uc

(b.s) R²

(min-1) (min)

1 60°C; 0,8 cm; 2,5% Verde 0,0213 70 0,68

1,31 0,9997 0,9932 Madura 0,0219 50

2 70°C; 0,8 cm; 2,5% Verde 0,0193 50 1,29

1,46

0,999

0,9977 Madura 0,0216 30

3 80°C; 0,8 cm; 2,5% Verde 0,0259 60 0,82 0,9992

0,9963 Madura 0,0262 30 1,22

4 60°C; 0,8 cm: 5% Verde 0,0135 80 0,99

1,35

0,9979

0,9964 Madura 0,0148 40

5 70°C; 0,8 cm; 5% Verde 0,0214 70 0,78

1,68

0,9997

0,9949 Madura 0,0172 40

6 80°C; 0,8 cm; 5% Verde 0,022 50 0,98

1,09

0,9975

0,9931 Madura 0,0192 50

7 60°C; 0,8 cm: 7,5% Verde 0,0142 90 0,62 0,9991

0,9958 Madura 0,0115 50 1,16

8 70°C; 0,8 cm; 7,5% Verde 0,0166 60 0,98

0,79

0,9994

0,9989 Madura 0,0145 60

9 80°C; 0,8 cm; 7,5% Verde 0,0223 60 0,65

1,14

0,9992

0,9939 Madura 0,0174 50

10 60°C; 1,3 cm; 2,5% Verde 0,0096 90 1,46

1,29

0,9995

0,9936 Madura 0,0089 60

11 70°C; 1,3 cm; 2,5% Verde 0,0131 90 1,04

1,71

0,9996

0,9941 Madura 0,0088 50

12 80°C; 1,3 cm; 2,5% Verde 0,016 90 0,91

1,55

0,9996

0,9967 Madura 0,009 40

13 60°C; 1,3 cm; 5% Verde 0,0107 70 1,52

1,17

0,999

0,9955 Madura 0,0075 60

14 70°C; 1,3 cm; 5% Verde 0,0107 80 1,36 0,9985

0,9973 Madura 0,0092 30 1,85

15 70°C; 1,3 cm; 5% Verde 0,012 70 1,5 0,9985

0,998 Madura 0,0093 30 1,68

16 80°C; 1,3 cm; 5% Verde 0,0134 115 0,65

1,27

0,999

0,996 Madura 0,0013 50

Capítulo 4 66


Ensaio Condições de secagem Estágio W tc Uc

R² (min-1) (min) (b.c)

17 60°C; 1,3 cm; 7,5% Verde 0,0092 70 1,39

1,64

0,9984

0,9943 Madura 0,0081 30

18 70°C; 1,3 cm; 7,5% Verde 0,0115 70 1,28

1,49

0,9992

0,9962 Madura 0,008 50

19 80°C; 1,3 cm; 7,5% Verde 0,0117 115 0,66

1,28

0,999

0,9939 Madura 0,009 50

20 60°C; 1,8 cm; 2,5% Verde 0,0065 100 1,59 0,9975

0,9995 Madura 0,0048 20 1,22

21 70°C; 1,8 cm; 2,5% Verde 0,0115 130 0,99

1,63 0,9971 0,996 Madura 0,0101 50

22 80°C; 1,8 cm; 2,5% Verde 0,0144 130 0,94

1,75 0,999 0,996 Madura 0,0101 60

23 60°C; 1,8 cm; 5% Verde 0,0079 115 1,38

1,50

0,9988

0,9929 Madura 0,0067 60

24 70°C; 1,8 cm; 5% Verde 0,0113 90 1,20

1,52

0,9987

0,9926 Madura 0,0096 60

25 80°C; 1,8 cm; 5% Verde 0,0133 80 1,31

1,14

0,9992

0,9982 Madura 0,008 60

26 60°C; 1,8 cm; 7,5% Verde 0,0065 190 0,67

1,60

0,9993

0,99 Madura 0,0059 40

27 70°C; 1,8 cm; 7,5% Verde 0,0085 145 0,67

1,56 0,9997 0,9901 Madura 0,0071 60

28 80°C; 1,8 cm; 7,5% Verde 0,0095 100 1,03 0,9995

0,9988 Madura 0,0094 20 1,58

As taxas específicas de secagem (Wc) variaram entre um mínimo de 0,0065 e 0,0013

gH2O/gms.min, e um máximo de 0,0256 e 0,0262 gH2O/gms.min, para as espumas de banana

verde e madura, respectivamente. É interessante observar que as taxas de secagem máximas

ocorrem no maior nível de temperatura e menores níveis de espessura e concentração

independendo do estágio de maturação da banana. Nota-se a influência da escala de maturação

quando se observa na Tabela 4.3 e nas Figuras 4.6 e 4.7 e 4.8 que para quase todas as condições

de processo a espuma da banana verde secou à uma taxa mais elevada que a espuma da banana

madura e que a taxa permaneceu constante durante um tempo mais longo, atingindo baixo teor

de água (umidade crítica) ao final deste período. Portanto no período de taxa constante as taxas

específicas de secagem das espumas de banana verde foram mais elevadas e umidades críticas

mais baixas foram alcançadas em tempos mais longos, o que demonstra que grande parte do

conteúdo de água presente na espuma evaporou em taxa constante.

Capítulo 4 67


Verifica-se assim a influência da composição da banana no comportamento da secagem.

A banana verde comparativamente a banana madura, apresenta baixo teor de açúcar, o que pode

facilitar o processo de secagem. Segundo Fasolin et al. (2007) na banana verde o principal

componente é o amido enquanto na madura, o amido é convertido em açúcares, em sua maioria

sacarose, glicose e frutose.

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Wc

( m

in-n

)

Experimentos

verde

madura

Figura 4.6 – Taxa de secagem no período de taxa constante para todos os experimentos

Figura 4.7 – Tempo de secagem no período de taxa constante para todos os experimentos

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

tc (

min

)

Experimentos

verde

madura

Capítulo 4 68


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Uc

( b.s

)

Experimentos

verde

madura

Figura 4.8 – Umidade crítica alcançada no período de taxa constante para todos os experimentos

Observando-se os resultados dos experimentos replicados nas condições intermediárias

de concentração de albumina, temperatura e espessura (5%;70°C;1,3 cm), experimento 14 e 15,

observa-se que o comportamento em relação ao estágio de maturação se mantém e que as

variáveis relativas à cinética de secagem apresentam valores intermediários aos observados nas

demais condições de processo.

4.5 Ajuste dos modelos de Page e Midilli aos dados experimentais

Os modelos de Page e de Midilli foram ajustados aos dados da razão de umidade em

função do tempo para o período completo de secagem, incluindo o de taxa constante e

decrescente. Na Figura 4.9 (A e B) encontram-se representados os dados experimentais e as

curvas ajustadas pelo modelo de Page, onde para o mesmo conjunto de experimentos as cujas

curvas de secagem foram ilustradas na Figura 4.4 (A e B). Conforme se observa as curvas

representam satisfatoriamente os dados experimentais.

O modelo de Page fornece uma dados da secagem completa e pode incluir inclusive dois

períodos de taxa decrescente, o conduz contribui para os desvios negativos observados ao final

da curvas ilustradas na Figura 4.9. O K de Page representa fisicamente uma taxa média de

secagem. O modelo de Midilli embora tenha apresentado melhor ajuste, seus parâmetros não

apresentam significados fenomenológicos. Desta forma, optou-se em assumir o modelo de Page

como satisfatório com coeficientes de correlação elevados aproximadamente de 0,999.

Capítulo 4 69


(A) (B)

Figura 4.9. Razão de umidade em função do tempo para a secagem da espuma de banana

madura (A) e verde (B), respectivamente. Ajuste do modelo de Page

Na Figura 4.10 (A e B) são apresentadas para o mesmo conjunto de experimentos as

curvas ajustadas aos dados experimentais pelo modelo matemático de Midilli. Observa-se que

este modelo se ajusta muito bem aos dados da secagem da espuma de banana verde e madura

em todas as condições de processo.

(A) (B)


madura (A) e verde (B), respectivamente. Ajuste do modelo de Midilli

Para determinação dos parâmetros dos modelos utilizou-se o software STATISTICA

10 Nas Tabelas 4.4 e 4.5 são exibidos os parâmetros dos modelos de Page e Midilli para as

Capítulo 4 70


diferentes condições de secagem da espuma de banana madura e verde e respectivos

coeficientes de correlação (R2). Observando os resultados o modelo de Page se ajustou aos

dados experimentais com coeficientes de correlação entre 0,9909 e 0,9955 para a banana verde

e entre e 0,9909 e 0,9951 para a banana madura. O parâmetro K representa uma taxa específica

de secagem média, considerando os períodos de taxa constante e decrescente e seus valores

variaram entre um mínimo de 0,0005 gH2O/gms.min para ambas as espumas, e um máximo de

0,0027 e 0,043 gH2O/gms.min para as espumas de banana verde e madura, respectivamente. Os

valores mínimos de K foram registrados em condições de processos idênticas para os dois

estágios de maturação. Os valores mais elevados do parâmetro K para os experimentos com a

banana madura são evidenciados na Figura 4.10, demonstrando o importante efeito do grau de

maturação correlacionado com a composição química também sobre este parâmetro de

secagem. Tanto para a banana verde como para a madura este parâmetro sofre influência das

variáveis de operação, aumentando com a temperatura e diminuindo com a espessura.

Capítulo 4 71


Tabela 4.4 Parâmetros dos modelos de Page e Midilli ajustados aos dados experimentais da

razão de umidade em função do tempo.

Banana verde

Modelo de Page Modelo de Midilli

Ensaio K

(min-n)

N

R²

A K n b R²

1 0,0013 1,584 0,9923 0,9845 0,0022 1,4363 -0,0008 0,9992

2 0,0022 1,412 0,9921 0,9939 0,0045 1,1809 -0,0011 0,9997

3 0,0021 1,533 0,9949 0,9953 0,0086 1,0267 -0,0009 0,9999

4 0,0014 1,453 0,9909 0,9869 0,0029 1,2126 -0,0010 0,9996

5 0,0022 1,506 0,9952 0,9896 0,0032 1,3710 -0,0007 0,9995

6 0,0027 1,463 0,9918 0,9861 0,0042 1,2956 -0,0009 0,9989

7 0,0017 1,458 0,9940 0,9795 0,0032 1,2464 -0,0007 0,9986

8 0,0019 1,462 0,9937 0,9897 0,0032 1,2862 -0,0008 0,9996

9 0,0024 1,521 0,9944 0,9912 0,0038 1,3498 -0,0009 0,9995

10 0,0007 1,455 0,9927 0,9869 0,0014 1,2527 -0,0005 0,9997

11 0,0009 1,509 0,9929 0,9924 0,0019 1,2790 -0,0009 0,9993

12 0,0009 1,572 0,9914 0,9901 0,0017 1,3528 -0,0009 0,9998

13 0,0010 1,411 0,9918 0,9933 0,0024 1,1511 -0,0007 0,9997

14 0,0011 1,398 0,9932 0,9889 0,0022 1,1965 -0,0005 0,9997

15 0,0010 1,431 0,9930 0,9887 0,0020 1,2329 -0,0006 0,9997

16 0,0011 1,488 0,9945 0,9881 0,0019 1,3252 -0,0005 0,9995

17 0,0010 1,393 0,9928 0,9821 0,0017 1,2338 -0,0004 0,9998

18 0,0012 1,419 0,9922 0,9931 0,0028 1,1666 -0,0008 0,9998

19 0,0011 1,471 0,9952 0,9920 0,0019 1,3037 -0,0009 0,9997

20 0,0007 1,324 0,9917 0,9927 0,0018 1,0779 -0,0005 0,9994

21 0,0008 1,457 0,9928 0,9726 0,0011 1,3418 -0,0004 0,9997

22 0,0010 1,446 0,9955 0,9830 0,0014 1,3372 -0,0003 0,9997

23 0,0006 1,429 0,9926 0,9862 0,0012 1,2347 -0,0003 0,9997

24 0,0010 1,443 0,9929 0,9882 0,0020 1,2341 -0,0004 0,9997

25 0,0012 1,428 0,9944 0,9921 0,0023 1,2421 -0,0007 0,9997

26 0,0005 1,488 0,9939 0,9754 0,0006 1,3854 -0,0006 0,9995

27 0,0006 1,517 0,9951 0,9833 0,0008 1,4036 -0,0003 0,9995

28 0,0008 1,476 0,9912 0,9955 0,0021 1,1887 -0,0009 0,9998

Capítulo 4 72


Tabela 4.5 Parâmetros dos modelos de Page e Midilli ajustados aos dados experimentais da

razão de umidade em função do tempo.

Banana madura

Modelo de Page Modelo de Midilli

Ensaio K

(min-n)

N

R²

A K n b R²

1 0,0032 1,3439 0,9934 0,9726 0,0033 1,3111 -0,0002 0,9984

2 0,0033 1,3563 0,9933 0,9958 0,0082 1,0417 -0,0017 0,9995

3 0,0043 1,4004 0,9939 0,9953 0,0086 1,0267 -0,0008 0,9999

4 0,0023 1,3535 0,9884 0,9953 0,0062 1,0285 -0,0013 0,9997

5 0,0021 1,3490 0,9959 0,9908 0,0029 1,2547 -0,0002 0,9992

6 0,0028 1,3875 0,9901 0,9908 0,0029 1,2547 -0,0002 0,9992

7 0,0021 1,3226 0,9916 0,9898 0,0045 1,0983 -0,0007 0,9999

8 0,0017 1,5077 0,9941 1,0007 0,0052 1,1100 -0,0023 0,9999

9 0,0030 1,3375 0,9921 0,9852 0,0049 1,1827 -0,0004 0,9989

10 0,0026 1,1789 0,9966 1,0016 0,0068 0,8938 -0,0009 0,9999

11 0,0018 1,1824 0,9832 1,0061 0,0091 0,0091 -0,0010 0,9998

12 0,0027 1,1281 0,9925 1,0061 0,0168 0,5001 -0,0021 0,9991

13 0,0018 1,2193 0,9899 1,0059 0,0111 0,7208 -0,0012 0,9993

14 0,0017 1,1920 0,9953 0,9908 0,0039 0,9800 -0,0004 0,9997

15 0,0016 1,2174 0,9942 0,9889 0,0045 0,9572 -0,0004 0,9995

16 0,0019 1,3573 0,9910 0,9963 0,0059 1,0207 -0,0012 0,9999

17 0,0014 1,2169 0,9928 0,9885 0,0041 0,9275 -0,0006 0,9994

18 0,0017 1,2077 0,9918 1,0034 0,0080 0,7690 -0,0011 0,9998

19 0,0007 1,4290 0,9921 1,0082 0,0075 0,8962 -0,0008 0,9998

20 0,0009 1,2140 0,9814 1,0076 0,0103 0,5782 -0,0010 0,9998

21 0,0023 1,1746 0,9903 1,0019 0,0063 0,9198 -0,0004 0,9998

22 0,0013 1,2955 0,9783 1,0100 0,0102 0,6789 -0,0019 0,9988

23 0,0011 1,2558 0,9886 0,9861 0,0026 1,0181 -0,0005 0,9995

24 0,0022 1,1832 0,9911 0,9972 0,0058 0,9402 -0,0004 0,9998

25 0,0010 1,4159 0,9970 0,9901 0,0017 1,2448 -0,0004 0,9992

26 0,0005 1,3531 0,9845 0,9836 0,0026 0,9512 -0,0004 0,9995

27 0,0009 1,2749 0,9866 0,9896 0,0039 0,9355 -0,0005 0,9995

28 0,0020 1,2181 0,9890 1,0010 0,0066 0,8979 -0,0008 0,9999

Capítulo 4 73


0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0,003

0,0035

0,004

0,0045

0,005

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

K (

min

-n)

Experimentos

verde

madura

Figura 4.11 – Parâmetro K para todos os experimentos

O modelo de Midilli apresentou melhor ajuste aos dados experimentais de secagem das

bananas em todas as temperaturas e espessuras, com os maiores coeficientes de determinação

(R²) ajustados, como observado nas Tabelas 4.4 e 4.5 variando entre 0,9984 a 0,9999 para a

banana madura e 0,9986 a 0,9998 para a banana verde. Esse resultado também é observado na

Figura 4.10, em que a curvas ajustadas pelo modelo de Midilli foram as que melhor

representaram os dados experimentais. Furtado et al. (2010), observaram na secagem em

camada de espuma da polpa de ceriguela (Spondia purpurea L.) nas temperaturas de 60, 70 e

80 °C, que o modelo de Midilli, também apresentou o melhor ajuste aos dados, com maiores

R2 e menor erro médio estimado. Maciel (2017) estudou a cinética de secagem em leito de

espuma de extrato de café e encontrou que o modelo de Midilli foi o de melhor desempenho,

com coeficientes de determinação ajustados acima de 0,99.

4.6 Difusividade Efetiva

O modelo de Fick considerando sete termos da série foi ajustado aos dados

experimentais da secagem no período de taxa decrescente considerando a umidade inicial como

a umidade crítica do material, ou seja, a umidade atingida ao final do período de taxa constante.

Na Tabela 4.6 e Figura 4.12 são apresentados os valores das difusividades efetivas para todos

os experimentos de secagem das espumas de banana madura e verde. De acordo com a Tabela

4.6, o modelo de Fick apresentou um ajuste satisfatório aos dados experimentais com

coeficientes de correção compreendidos entre 0,871 e 0,9713 e entre 0,8936 e 0,9511, para a

banana verde e madura, respectivamente. Os valores estimados para a difusividade efetiva

Capítulo 4 74


ficaram compreendidos entre 0,742 e 4,249 × 10-8 m2/s e entre 0,406× 10-8 e 1,768 × 10-8 m2/s,

para as bananas verde e madura, respectivamente. A difusividade efetiva encontrada neste

estudo está de acordo com a faixa relatada para alimentos, 10-12 a 10-8 m2/s (McMinn e Magee,

1999).

A comparação entre os valores da difusividade efetiva para todos os experimentos

ilustrada na Figura 4.11, evidencia os elevados valores desta propriedade para a banana verde

em relação a madura destacando a influência do grau de maturação e, portanto, da composição

das espumas nesta propriedade de transporte. Sendo uma propriedade de transporte importante,

o coeficiente de difusão efetivo é exigido na otimização de qualquer processo que envolva o

movimento de umidade interna (PRASAD et al. 2010).

Tabela 4.6. - Difusividade efetiva (Def) de espumas de banana madura e verde

Parâmetros do Modelo de Fick

Banana verde Banana madura

Ensaio Def x 108

(m²seg-2)

R²

Def x 108

(m²seg-2)

R²

1 2,042 0,9491 0,791 0,9302

2 0,742 0,8912 0,671 0,9384

3 2,305 0,9713 0,630 0,9163

4 0,748 0,9038 0,489 0,9368

5 1,514 0,9365 0,597 0,9440

6 1,226 0,9339 0,862 0,9083

7 1,118 0,9328 0,431 0,9476

8 0,904 0,9144 1,040 0,9482

9 1,959 0,9461 0,700 0,9117

10 1,130 0,9346 0,693 0,9413

11 2,522 0,9453 0,406 0,9303

12 4,249 0,9334 0,509 0,9179

13 0,942 0,8902 0,524 0,9200

14 1,063 0,9055 0,427 0,9494

15 1,110 0,9006 0,488 0,9483

16 2,829 0,9327 1,312 0,8988

17 0,869 0,9009 0,407 0,9384

18 1,225 0,8976 0,445 0,9290

19 2,306 0,9258 0,670 0,8936

20 0,900 0,8781 0,599 0,9355

21 3,164 0,9248 0,988 0,9511

22 3,518 0,9280 1,154 0,9259

23 1,558 0,8953 0,797 0,9371

24 2,544 0,9083 1,109 0,9075

25 2,523 0,8822 1,768 0,9477

26 2,562 0,9354 0,685 0,9396

27 2,768 0,9390 0,870 0,9402

28 2,654 0,8848 1,082 0,8985

Capítulo 4 75


0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Def

( c

m².

seg

- ²)

Experimentos

verde

madura

Figura 4.12 – Difusividade efetiva para todos os experimentos

Na Tabela 4.7 apresentam-se um resumo dos resultados relativos aos parâmetros de

secagem determinados experimentalmente ou estimados através dos modelos e que serão

consideradas as variáveis respostas do planejamento experimental: Taxa de secagem no período

de taxa constante (Wc) tempo e umidade de equilíbrio (teq, Ueq), taxa específica média ao longo

da secagem (parâmetro K do modelo de Page) e a difusividade efetiva (Def).

Verifica-se que os valores médios da taxa de secagem são sensivelmente inferiores aos

observados no período de taxa constante, o que demonstra a predominância da taxa decrescente

na secagem das espumas de banana. Para a banana verde como a taxa de secagem constante é

mais elevada e se mantém durante um período mais longo, a pouca disponibilidade de água no

período de taxa decrescente deve limitar mais ainda as taxas neste período, o que justifica os

valores mais baixos do parâmetro K de secagem.

Tabela 4.7- Resultados das variáveis respostas do Planejamento Experimental

Ensaio T°C

E

(cm)

C

(%)

Estágio de

Maturação

Wc

(min-1

)

ueq

kg/kg

teq

(min)

K

(min-n

)

Defx108

(m2/seg)

1 60 0,8 2,5 Verde

Madura

0,0213

0,0219

0,0235

0,0317

130

210

0,0013

0,0032

2,042

0,791

2 70 0,8 2,5 Verde Madura

0,0193 0,0216

0,0073 0,0300

160 145

0,0022 0,0033

0,742 0,671


0,0256 0,0262

0,0215 0,0300

115 100

0,0021 0,0043

2,305 0,630

4 60 0,8 5 Verde

Madura

0,0135

0,0148

0,0618

0,0508

190

190

0,0014

0,0023

0,748

1,489

Capítulo 4 76


5 70 0,8 5 Verde

Madura

0,0214

0,0172

0,0529

0,0375

130

255

0,0022

0,0021 1,514

0,597

6 80 0,8 5 Verde

Madura

0,0220

0,0192

0,0407

0,0214

130

145

0,0027

0,0028 1,226

0,862

7 60 0,8 7,5 Verde

Madura

0,0142

0,0115

0,0320

0,0394

175

235

0,0017

0,0021 1,118

0,431

8 70 0,8 7,5 Verde

Madura

0,0166

0,0145

0,0388

0,0575

160

130

0,0019

0,0017 0,904

1,040

9 80 0,8 7,5 Verde

Madura

0,0223

0,0174

0,0316

0,0251

115

200

0,0024

0,0030 1,959

0,700

10 60 1,3 2,5 Verde

Madura

0,0096

0,0089

0,0445

0,0458

310

325

0,0007

0,0026 1,130

0,693

11 70 1,3 2,5 Verde

Madura

0,0131

0,0088

0,0463

0,0501

205

415

0,0009

0,0018 2,522

0,406

12 80 1,3 2,5 Verde

Madura

0,0160

0,0090

0,0448

0,0315

175

340

0,0009

0,0027 4,249

0,509

13 60 1,3 5 Verde

Madura

0,0107

0,0075

0,0504

0,0515

280

370

0,0010

0,0018 0,942

0,524

14 70 1,3 5 Verde Madura

0,0107 0,0092

0,0611 0,0469

280 490

0,0011

0,0017 1,063 0,427

15 70 1,3 5 Verde

Madura

0,0120

0,0093

0,0445

0,0567

265

445

0,0010

0,0016 1,110

0,488

16 80 1,3 5 Verde

Madura

0,0134

0,0013

0,0511

0,0530

205

205

0,0011

0,0019 2,829

1,1312


0,0092 0,0081

0,0430 0,0363

330 490

0,0010

0,0014 0,869 0,407

18 70 1,3 7,5 Verde

Madura

0,0115

0,0080

0,0573

0,0361

235

400

0,0012

0,0017 1,225

0,445

19 80 1,3 7,5 Verde

Madura

0,0117

0,0090

0,0417

0,0092

220

310

0,0011

0,0007 2,306

0,670


0,0065 0,0048

0,0628 0,0447

480 500

0,0007

0,0009 0,900 0,599


0,0115 0,0101

0,0566 0,0742

290 385

0,0008

0,0023 3,164 0,988

22 80 1,8 2,5 Verde

Madura

0,0144

0,0101

0,0589

0,0615

265

300

0,0010

0,0013 3,518

1,154


0,0079 0,0067

0,0462 0,0462

385 490

0,0006

0,0011 1,558 0,797


0,0113 0,0096

0,0460 0,0441

250 430

0,0010 0,0022

2,544 1,090

25 80 1,8 5 Verde

Madura

0,0133

0,0080

0,0531

0,0294

235

280

0,0012

0,0010 2,523

1,768

26 60 1,8 7,5 Verde

Madura

0,0065

0,0059

0,0513

0,0681

385

645

0,0005

0,0005 2,562

0,685


0,0085 0,0071

0,0450 0,0431

295 535

0,0006 0,0009

2,768 0,870

28 80 1,8 7,5 Verde

Madura

0,0095

0,0094

0,0487

0,0643

250

340

0,0008

0,0020 2,654

1,082

Capítulo 4 77


Para melhor visualização dos resultados nas Figuras 4.13 e 4.14 são ilustrados para todos

os experimentos os valores da umidade atingida na condição de equilíbrio (Ueq) e o tempo de

secagem para alcançar o equilíbrio (teq).

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Ueq

(g H

2O

/gm

s)

Experimentos

verde

madura

Figura 4.13 – Umidade de equilíbrio para todos os experimentos

0

100

200

300

400

500

600

700

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

t eq

( m

in)

Experimentos

verde

madura

Figura 4.14 – Tempo de equilíbrio para todos os experimentos

Conforme se observa nos resultados referentes à umidade de equilíbrio tanto na Tabela

4.7 como na Figura 4.13 e 4.14 que não há uma tendência definida de comportamento desta

com o grau de maturação da fruta, todavia percebe-se que as espumas das banana madura

atingiram as condições de equilíbrio em tempos bem mais longos do que as espumas da banana

Capítulo 4 78


verde o que pode ser justificado pelo importante período de taxa constante identificado na

secagem da verde.

4.7. Análise estatística

A análise estatística dos resultados foi realizada através de métodos estatísticos no nível

de significância de 95% de confiança, utilizando-se o programa “Statistica 10” de acordo com

o planejamento fatorial 33 com duas réplicas no ponto central. Nas Tabela 4.8 e 4.9 são exibidos

os resultados da análise estatística relativa aos efeitos das variáveis independentes (temperatura,

concentração de albumina e espessura) sobre as variáveis respostas, taxa de secagem no período

de taxa constante, umidade de equilíbrio, tempo para atingir o equilíbrio, taxa específica média

de secagem (constante de Page) e difusividade efetiva, considerando todas as interações entre

as variáveis. Os termos destacados correspondem as variáveis independentes cujos efeitos

apresentaram significância estatística.

Verifica-se que para a espuma da banana madura a taxa de secagem no período de taxa

constante sofre influência significativa de todas as variáveis de processo, sendo o efeito mais

importante o da espessura seguido da concentração e da temperatura. Enquanto os efeitos da

espessura e da concentração são negativos o da temperatura é positivo. Para a banana verde

apenas a espessura e a temperatura apresentaram efeitos significativos e também negativo e

positivo sobre a taxa constante.

Tabela 4.8 - Estimativas dos efeitos das variáveis independentes sobre as variáveis respostas

(WC, Ueq, Teq, KPage, Def) na secagem da banana madura

Variáveis

Independentes

Efeitos Estimados sobre as Variáveis Respostas

W Ueq Teq Kpage Def

Média 0,011385 0,043038 329,869 0,001968 7,6E-09

E -0,010289 0,016902 255,000 -0,001393 3,15E-09

E² -0,005177 -0,004016 70,441 -0,000257 -2,7E-09

C -0,003389 -0,003192 62,778 -0,000917 -1,2E-10

C² 0,001227 0,000741 -11,225 -0,000148 1,5E-09

T 0,002167 -0,010837 -137,222 0,000408 3,63E-09

T² 0,000873 0,007183 43,775 -0,000004 -7,1E-10

E.C -0,003950 -0,005865 37,500 0,000487 -3,1E-10

E.T 0,000750 0,006909 -87,500 -0,000109 2,4E-09

C.T 0,000100 -0,009052 -37,500 0,000026 1,2E-09

Capítulo 4 79



(WC, Ueq, Teq, KPage, Def) na secagem da banana verde

Variáveis

Independentes

Efeitos Estimados sobre as Variáveis Respostas

W Ueq Teq Kpage Def

Média 0,013765 0,044818 237,304 0,001267 1,91E-08

E -0,009644 0,017612 170 -0,00118 1,07E-08

E² -0,002973 0,00465 21,912 -0,00041 -6,5E-10

C -0,003033 0,002595 3,889 0,000037 -4,7E-09

C² 0,000077 0,008502 -3,922 0,000142 -4,3E-09

T 0,005422 -0,00258 -106,111 0,00051 1,3E-08

T² 0,000027 -0,00015 -17,255 0,000089 -1,8E-09

E.C 0,000867 -0,01389 -25 -0,00017 2,52E-09

E.T -0,000767 0,003985 -60,833 -0,00026 3,49E-09

C.T -0,000833 0,000238 10 -2,2E-05 -6,1E-09

Sobre a taxa específica média de secagem representada pelo parâmetro K do modelo de

Page, observa-se que para as espumas nos dois estágios de maturação o efeito de maior

intensidade é o da espessura e apresenta sinal negativo. Portanto a taxa média segue a mesma

tendência da taxa constante, ambas diminuem com a espessura e aumentam com a temperatura.

O mesmo comportamento foi observado por Silva et al. (2008) ao estudar a cinética de secagem

em camada de espuma do tamarindo.

Embora se tenha discutido anteriormente a influência do estágio de maturação ao se

observar efeitos contrários deste sobre as taxas, associados a diferença na composição da

banana madura e verde, verifica-se que em relação a influência das variáveis espessura e

temperatura o comportamento das taxas de secagem é o mesmo. Também para os dois estágios

de maturação a umidade de equilíbrio não sofreu influência de qualquer das variáveis

independentes ou de suas interações. Para ambas as espumas o tempo de equilíbrio sofreu

importante influência da espessura da camada de espuma aumentando com esta variável de

forma mais intensa para a banana madura.

Com relação a temperatura, embora para a banana madura o efeito não tenha sido

significativo, observa-se também a mesma tendência em relação aos dois estágios de maturação,

o efeito desta variável é negativo e já que promove maiores taxas de secagem,

consequentemente fazem com que o tempo para atingir a condição de equilíbrio seja mais curto.

O comportamento ocasionado pela elevação da taxa de secagem ocorre em virtude do aumento

do potencial de transferência de calor entre o ar e a camada de espuma, evidenciando que a

temperatura é um importante fator que afeta o processo (AKPNAR et al., 2003). Todavia é

preciso destacar a influência da espessura da camada de espuma, de sentido contrário ao

observado em relação à temperatura.

Capítulo 4 80


De acordo com os resultados apresentado nas Tabelas 4.8 e 4.9 o coeficiente de

difusividade para a banana verde é influenciado significativamente pelas variáveis

independentes, temperatura, espessura e concentração de albumina e suas interações, todavia

para a banana madura as interferências são significativas apenas para a espessura e temperatura

quadrática. Todavia, os efeitos são de mesmo sinal, positivos para a temperatura e espessura e

negativo para a concentração de albumina. Com relação a temperatura este resultado é esperado,

uma vez que elevando a temperatura a viscosidade da água diminui. Essa propriedade influi

diretamente na resistência do fluido ao escoamento, e, portanto, sua diminuição acarreta em

maiores facilidades da difusão das moléculas de água nos capilares do produto (BAPTESTINI,

2015). O efeito negativo da concentração de albumina pode estar relacionado com a coagulação

da proteína devido a temperatura ou a um tempo mais longo de exposição ao aquecimento. Da

mesma forma, o fato da difusividade efetiva da espuma de banana verde sofrer influência de

todas as variáveis, de forma isolada e de suas interações, pode estar associada a geleificação do

amido, presente em elevada concentração na fruta neste estágio de maturação.

Esses resultados corroboram com toda a discussão precedente sobre a influência da

composição da banana nas diferentes escalas de maturação, uma vez que a banana madura

contém elevado teor de açúcar, enquanto na verde a maior concentração é de amido que se

converte em açúcares com o amadurecimento da fruta.

A partir da avaliação dos efeitos das variáveis independentes sobre as variáveis

respostas, foram definidas as variáveis respostas que sofreram efeitos estatisticamente

significativos para prosseguimento do tratamento estatístico com relação a geração e avaliação

dos modelos empíricos ajustados aos dados experimentais. É importante citar que não serão

analisados os modelos gerados para os coeficientes de difusão, uma vez que estes foram

preditos pelo modelo de Fick, que embora se trate de um modelo essencialmente

fenomenológico não apresentou um bom ajuste aos dados cinéticos de razão de umidade em

função do tempo. A umidade de equilíbrio tanto para a banana madura como para a verde

também está excluída desta análise, visto que não sofreu influência significativa de qualquer

das variáveis independentes ou de suas interações. Os modelos gerados são apresentados nas

Equações (18), (19), (20), (21), (22) e (23).

Taxa de secagem média para a banana madura

Wcm=0,011385-0,005144E-0,002589E²-0,001694C-

0,000614C²+0,001083T+0,000436T²+0,001975E.C-0,000375E.T+0,000050C.T (18)

Temperatura de equilíbrio para a banana matura

Capítulo 4 81


𝑇𝑒𝑞,𝑚 = 329,8693 + 127,5 ∗ 𝐸 + 35,2206 ∗ 𝐸2 + 31,3889 ∗ 𝐶 − 5,6127 ∗ 𝐶2 − 68,6111 ∗

𝑇 + 218873 ∗ 𝑇2 + 18,75 ∗ 𝐸 ∗ 𝐶 − 43,75 ∗ 𝐸 ∗ 𝑇 − 18,75 ∗ 𝐶 ∗ 𝑇 (19)

Constante específica para a banana madura

𝑘𝑚 = 0,001968 − 0,000697 ∗ 𝐸 − 0,000129 ∗ 𝐸2 − 0,000458 ∗ 𝐶 − 0,000074 ∗ 𝐶2 +

0,000204 ∗ 𝑇 − 0,000002 ∗ 𝑇2 + 0,000243 ∗ 𝐸 ∗ 𝐶 − 0,000054 ∗ 𝐸 ∗ 𝑇 + 0,000013 ∗ 𝐶 ∗

𝑇 (20)

Taxa de secagem média para a banana verde

𝑊𝑐𝑣 = 0,013765 − 0,004822 ∗ 𝐸 − 0,001486 ∗ 𝐸2 − 0,001517 ∗ 𝐶 + 0,000039 ∗ 𝐶2 +

0,002711 ∗ 𝑇 + 0,000014 ∗ 𝑇2 + 0,000433 ∗ 𝐸 ∗ 𝐶 − 0,000383 ∗ 𝐸 ∗ 𝑇 − 0,000417 ∗ 𝐶 ∗

𝑇 (21)

Constante específica para a banana verde

𝑘𝑣 = 0,001267 − 0,000590 ∗ 𝐸 − 0,000205 ∗ 𝐸2 + 0,000018 ∗ 𝐶 + 0,000071 ∗ 𝐶2 +

0,000255 ∗ 𝑇 + 0,000044 ∗ 𝑇2 − 0,000083 ∗ 𝐸 ∗ 𝐶 − 0,000131 ∗ 𝐸 ∗ 𝑇 − 0,000011 ∗ 𝐶 ∗

𝑇 (22)

Temperatura de equilíbrio para a banana verde

𝑇𝑒𝑞,𝑣 = 211,752 + 106,469 ∗ 𝐸 − 31,465 ∗ 𝐸2 − 59,642 ∗ 𝐶 − 57,298 ∗ 𝐶2 − 169,642 ∗

𝑇 − 70,632 ∗ 𝑇2 − 102,809 ∗ 𝐸 ∗ 𝐶 − 138,643 ∗ 𝐸 ∗ 𝑇 − 67,809 ∗ 𝐶 ∗ 𝑇 (23)

Nas Figuras de 4.15 a 4.20 são apresentados os respectivos gráficos dos valores preditos

versus observados dos modelos ajustados aos dados experimentais de cada variável.

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

Valores observadis

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

0,022

0,024

0,026

Va

lore

s p

red

ito

s

Capítulo 4 82


Figura 4.15 -Valores preditos e observados para a taxa de secagem (Wcm) no período de taxa constante para a

banana madura

0 100 200 300 400 500 600 700

Valores observados

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

Va

lore

s p

red

ito

s

Figura 4.16 – Valores preditos e observados para o tempo de equilíbrio Banana madura

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Valores observados

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

Valo

res p

redito

s

Figura 5.17 – Valores preditos e observados para a taxa específica média (Km) para a banana madura

Capítulo 4 83


0,000 0,004 0,008 0,012 0,016 0,020 0,024 0,028

Valores observados

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

0,022

0,024

0,026

0,028

Valo

res p

redito

s

Figura 4.18- Valores preditos e observados para a taxa de secagem constante Wcv banana verde

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Valores observados

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Valo

res p

redito

s

Figura 4.19-Valores preditos e observados para o tempo de equilíbrio. - Banana verde

Capítulo 4 84


0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030

Valores observados

0,0000

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022

0,0024

0,0026

0,0028

Valo

res p

redito

s

Figura 4.20 Valores preditos e observados para a constante k. - Banana verde

Para todas a variáveis foi realizada a análise de variância dos modelos representados

pelas Equações 4.1 a 4.6 foram realizadas e os resultados são apresentados da Tabela 4.10.

Conforme os resultados excetuando-se o modelo para a taxa de secagem no período de taxa

constante da banana madura, os demais modelos se mostraram significativamente significativos

e preditivos e os resultados da análise regressão são mostrados na Tabela 4.10.

Capítulo 4 85


Tabela 4.10 – Resultados da Análise de Regressão dos parâmetros de secagem.

Teste F ( Regressão ) Teste F ( Falta de Ajuste)

Variável

Resposta

Média Qualidade

do ajuste

(%)

Coeficient

e de

Correlação

Fcalc

MQR/MQr

Ftab

(95%

)

Fcal/Ftab Fcalc

MQfaj/MQep

Ftab

(95%

)

Fcal/Ftab

Teq madura 329,87

83,05 0, 887 15,63 2,46 6,35 3,44 246,1 0,013

Teq verde 0,449

94 0,774 24,99 2,46 10,16 3,58 246,1 0,014

Kmadura 0,00197 57,65 0,717 5,07 2,46 2,061 68,943 246,1 0,28

Kverde 0,00127 88,90 0,929 25,21 2,46 10,24 10,65 246,1 0,043

Wverde 0,01377 88,89 0,926 24,99 2,46 10,16 3,58 246,1 0,014

Wmadura 0,01139 81,7 0,878 25,18 2,46 10,23 685,87 246,1 2,78

De acordo com os dados apresentados na Tabela 4.10 o coeficiente de correlação entre

as respostas observadas e os valores preditos pelo modelo estatístico de primeira ordem ajustado

aos dados do tempo de equilíbrio, é de 0,887 e 0,7742 para madura e verde respectivamente.

Observa-se que 83,5% a 94% madura e verde, da variação total em torno da média é explicada

pela regressão. Com relação ao teste F de regressão, que verifica se o modelo explica uma

quantidade significativa da variação dos dados obtidos pela simulação, o valor de F é 6,35 e

10,16 vezes superior ao valor tabelado para madura e verde respectivamente, a um nível de

confiança de 95%, mostrando que a equação ajustada é significativa e útil para fins preditivos.

O modelo estatístico para a constante específica de Page apresenta uma percentagem de

variação explicada pela regressão de 57,65%. e 88,906% para a banana madura e verde

respectivamente. Os coeficientes de correlação foram 0,7177 e 0,9290 para madura e verde,

indicando um ajuste apenas satisfatório entre os valores observados e os preditos pela

correlação. O valor de F obtido através do modelo é 2,06 e 10,24 vezes superior ao valor

tabelado para madura e verde respectivamente, demonstrando que o modelo é significativo e

preditivo. Este fato corrobora com os apresentados anteriormente, onde o modelo de Page

apresentou um desvio na parte final da curva de secagem.

Em relação a taxa de secagem no período de taxa constante para banana verde e madura

a equação ajustada apresenta coeficientes de correlação de 0,926 e 0,878 respectivamente,

Capítulo 4 86


enquanto o valor da qualidade do ajuste é de 88,89% e 81,7%. O valores de F são 10,16 e 10,23

vezes superior ao F tabelado para banana verde e madura, o que demonstra que os modelos são

significativos.

Realizando-se o teste F da razão entre as médias quadráticas da falta de ajuste e erro

puro pode-se avaliar se os modelos estão ou não bem ajustado às observações experimentais.

Valores altos da razão significa falta de ajuste. Excetuando-se o modelo ajustado aos dados da

taxa de secagem constante para a banana madura, todos os demais modelos avaliados

apresentaram na Tabela 4.10 valores de F muito inferiores aos valores tabelados, o que

demonstra que há um ajuste satisfatório dos mesmos às observações experimentais. Para a taxa

constante da banana madura o modelo apesar de significativo não é útil para fins preditivos e a

s superfícies de resposta geradas pelo modelo não serão analisadas.

As superfícies de resposta geradas a partir dos modelos que foram identificados como

significativos e preditivos são ilustradas nas Figura de 4.21 a 4.27.

500

400

300

200

100

Figura 4.21 Teq=f (T, E), C=5% (Banana madura)

Quando a concentração se mantém no nível intermediário de 5% observa-se o

importante efeito da espessura sobre o tempo de equilíbrio cujo valor mínimo é observado na

condição de menor espessura e maior temperatura. Todavia é importante se observar que para

a menor espessura o tempo de secagem para atingir o equilíbrio não sofre grande variação com

Capítulo 4 87


o aumento da temperatura. O importante efeito da espessura no sentido de aumentar o tempo

de equilíbrio se verifica com mais intensidade quando a temperatura de secagem é mantida no

patamar inferior.

> 0,0025

< 0,0022

< 0,0017

< 0,0012

- 1, 2

- 1, 0

- 0, 8

- 0, 6

- 0, 4

- 0, 2

0 , 0

0, 2

0, 4

0, 6

0, 8

1 , 0

1 , 2

Conc: 2

- 1 , 2

- 1 , 0

- 0 , 8

- 0 , 6

- 0 , 4- 0 , 2

0 , 00 , 2

0 , 40 , 6

0 , 81 , 0

1 , 2

T: 3

0 ,0 0 0 5

0 ,001 0

0 ,0015

0 ,0020

0 ,0025

0 ,0030

0,0035

0,0040

0,0045

Kp a g e

Figura 4.22 k = f (T, C), E=1,3cm (Banana madura)

Observa-se na Figura 4.22 que ao se fixar a espessura em 1,3 cm as taxas específicas

médias de secagem ao longo dos experimentos aumentam com a diminuição da concentração,

e com o aumento da temperatura. Em relação a concentração o comportamento se evidencia

mais quando a temperatura se mantém no nível mais elevado. Já em relação a temperatura os

valores das taxas específicas médias são muito altos na condição de menor concentração

(2,5%), para toda a faixa de temperatura. Destacam-se os valores máximos e mínimos nas

condições de maior temperatura e menor concentração e de maior concentração e maior

temperatura, respectivamente.

Capítulo 4 88


0,003

0,0025

0,002

0,0015

Figura 4.23 k = f (T, E) C=5% (Banana madura)

Na Figura 4.23, condição intermediária de concentração de 5% o comportamento de K

em f função da temperatura e espessura é o inverso do observado com o tempo de secagem para

atingir a condição de equilíbrio. A taxa específica média é máxima na condição de maior

temperatura e menor espessura e mínima nas condições inversas, menor temperatura e maior

espessura. Na condição de maior espessura sofre pouca influência da temperatura com valores

muito baixos. Aumenta gradativamente com a diminuição da espessura no nível mais baixo de

temperatura e para a menor espessura se mantém com valores elevados que aumentam

gradativamente com a temperatura.

Capítulo 4 89


DV: Kpage

> 0,004 < 0,0037 < 0,0032 < 0,0027 < 0,0022 < 0,0017 < 0,0012

- 1 , 2- 1 , 0

- 0 , 8- 0 , 6

- 0 , 4- 0 , 2

0 , 00 , 2

0 , 40 , 6

0 , 81 , 0

1 , 2

E: 1

- 1, 2

- 1, 0

- 0, 8

- 0, 6

- 0, 4

- 0, 2

0, 0

0, 2

0, 4

0, 6

0, 8

1, 0

1, 2

Conc: 2

0 ,0 0

0 5

0 ,0 0

1 0

0 ,0 0

1 5

0 ,0 0

20

0 ,0 0

2 5

0 ,00

30

0 ,003

5

0 ,004

0

0 ,004

5

Kp a g e

Figura 4.24 k=f (C, E), T=70°C (Banana Madura)

Na Figura 4.24, condição de temperatura intermediária fixada em T=70°C os valores de

K praticamente não sofrem variação com a concentração quando a espessura se mantém no

nível mais alto e sofrem pouca influência da espessura no nível mais alto de concentração e

atinge uma condição de maior valor na menor concentração e menor espessura. Vale ressaltar

a pequena região de aumento mais intenso de K em função da diminuição simultânea da

concentração e da espessura.

Para a banana verde não foram identificados efeitos da concentração de albumina em

qualquer das variáveis cujas superfícies de resposta são analisadas. Desta forma serão

apresentadas nas Figuras 4.25 a 5.27, as superfícies de resposta para as variáveis Wc, teq e K,

todas na condição de concentração intermediária C=5%.

Capítulo 4 90


DV: Taxa

> 0,024

< 0,023

< 0,019

< 0,015

< 0,011

< 0,007

-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

E : 1

-1,2

-1 ,0

-0,8

-0 ,6

-0,4

-0 ,2

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

T: 3

0,00

40,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

0,022

0,024

0,026

0,028

Ta

xa

Figura 4.25 Wc= f(E, T) C= 5% ( banana verde)

A taxa constante é um parâmetro muito importante para secagem de alimentos. Neste

período a taxas depende das resistências externas a transferência de calor e massa e uma maior

vazão de ar pode proporcionar a secagem mais rápida do alimento. Por outro lado, a temperatura

da superfície do material também se mantém constante e na temperatura de bulbo úmido, já que

a superfície se mantém saturada de água. Portanto nesta fase da secagem pode se trabalhar com

elevadas vazões de ar que vai influenciar diretamente no aumento da taxa de secagem. Observa-

se na Figura 4.25 que Wc apresenta uma condição de máximo na maior de temperatura e com a

espuma de menor espessura. No nível mais alto de espessura as taxas são muito baixas e

praticamente não sofre influência do aumento da temperatura. Em contra partida, no nível mais

baixo de temperatura, Wc aumenta de forma gradativa com a diminuição da espessura e no mais

alto o efeito da temperatura é mais evidente.

Capítulo 4 91


0,0028

0,0024

0,002

0,0016

0,0012

0,0008

Figura 4.26 k= f (E, T) C=5%

A taxa média de secagem ao longo de todos os experimentos engloba o período de taxa

constante e decrescente, portanto o comportamento desta variável frente a espessura e

temperatura é praticamente o mesmo observado para Wc, evidenciando-se entretanto que

devido a contribuição do período de taxa decrescente quando a temperatura se mantém no nível

mais alto, 80°C, o aumento da taxa se acentua muito quando a espessura da espuma se encontra

abaixo do limite intermediário de 1,3 cm.

Capítulo 4 92


400

350

300

250

200

150

Figura 4.27 Teq= f (E, T)

Para a espuma da banana verde, quando a concentração se mantém no nível

intermediário de 5%, o comportamento é semelhante ao verificado para a banana madura.

Também se observa o importante efeito da espessura sobre o tempo de equilíbrio cujo valor

mínimo é registrado na condição de menor espessura e maior temperatura. Todavia, para a

menor espessura o tempo de secagem para atingir o equilíbrio sofre pouca influência da

temperatura. O importante efeito da espessura no sentido de aumentar o tempo de equilíbrio se

verifica com mais intensidade quando a temperatura de secagem é mantida no patamar inferior.

Inversamente a temperatura interfere com maior intensidade nas espumas com espessura de

maior valor. O grau de maturação e consequentemente, a composição da banana, parece

interferir no tempo de secagem para alcançar as condições de equilíbrio, principalmente quando

as condições de temperatura e espessura são intermediárias. Para a banana madura o teqv

aproxima-se do valor máximo enquanto para a verde observa-se um tempo de equilíbrio

intermediário.

Capítulo 4 93


A análise conjunta de todas as superfícies de resposta leva a condição conjunta de maior

temperatura e menor espessura como ideais para maximização das taxas de secagem e

minimização do tempo para a espuma atingir a condição de equilíbrio, não sendo observada

uma influência significativa sob o ponto de vista estatístico da concentração de albumina para

atingir uma condição de maior eficiência do processo. Todavia, observa-se que o nível de

concentração mais alto de 7,5 %, influenciou negativamente a secagem devendo ser evitado. A

concentração de 2,5 % contribui para aumentar a taxa específica média, todavia nesta

concentração foi observada uma leve coalescência da espuma, o mesmo não sendo verificado

com as espumas adicionadas de 5% e 7,5% de albumina. Com relação a espessura, esta foi a

variável que ao aumentar influenciou de forma mais negativa a secagem das espumas de banana

nos dois níveis de maturação, principalmente quando fixada em 1,8 cm. Este resultado era

esperado e corrobora com a fundamentação clássica da secagem. Todavia espumas com

espessuras muito finas vão requerer grande área de exposição do material ao ar aquecido, o que

implica na necessidade de secadores maiores com maior ocupação de área útil. Os resultados

obtidos no presente trabalho fornecem informações importantes para otimização do processo

de secagem em camada de espuma da banana nos estágios de maturação verde e madura e os

modelos ajustados aos dados experimentais podem ser utilizados para predição de dados

necessários para a modelagem e simulação do processo de grande utilidade para o projeto de

secadores.

4.8. Composição nutricional

A composição físico-química dos pós das espumas desidratadas foram analisadas com

a intenção de avaliar a influência da temperatura do ar de secagem. Os resultados referentes às

análises da composição nutricional dos pós de banana madura e verde, obtidos através da

secagem da espuma na estufa a 60, 70 e 80°C com adição de 5% de albumina, bem como o pó

liofilizado da banana pura (banana sem albumina) e a albumina utilizada como agente

espumante, estão exibidos na Tabela 4.10.

Capítulo 4 94


Tabela 4.10 - Valores médios e desvio padrão da composição nutricional do pó banana madura

pura (liofilizada), com 5% de albumina e da albumina.

Cinzas Proteína Lipídios Carboidratos

Albumina 3,66±0,11 74,72±0,23 1,09±0,02 20,54±0,85

Banana madura

Pura 1,74±0,14 3,7±0,001 0,47±0,12 94,09±0,26

60 °C 1,88±0,1 8,86±0,01 0,21±0,05 89,05±0,16

70 °C 2,21±0,21 10,03±0,28 0,23±0,06 87,55±0,5

80 °C 2,2 ±0,03 9,05±0,26 0,19±0,05 88,56±0,34

Banana verde

Pura 1,76±0,21 2,7±0,001 0,20±0,17 93,82±0,26

60 °C 2,79±0,01 11,07±0,52 0,55±0,04 82,85±0,16

70 °C 3,2±0,01 11,17±0,97 0,43±0,06 83,69±0,5

80 °C 2,82±0,01 12,35±0,53 0,5±0,07 83,27±0,34

Observando a Tabela 4.10 verifica-se que de uma forma geral o processo de secagem e

principalmente a adição de albumina interferiram significativamente na composição nutricional

dos pós de banana resultantes da secagem em camada de espuma que se mostram mais ricos

em minerais e proteínas do que os pós liofilizados e especificamente para a banana madura,

empobrecida em lipídios

Os teores de cinzas nos pós de banana variaram de 1,74 % a 2,2 % para madura e de

1,76% a 3.2% para verde Contundo, os valores obtidos estão dentro dos parâmetros

preconizados para frutas, vegetais e tubérculos (Franco et al., 2015). Conforme esperado a

adição da albumina para formação das espumas, promoveu um aumento significativo no teor

de proteínas do pó tanto da madura quanto a da verde, destacando-se o maior percentual

presente nos pós da banana verde.

O teor de lipídio teve influência da composição da banana e da albumina, ambos

apresentam baixo teor de gorduras, diante disso as amostras dos pós de banana como

consequência apresentaram valores em torno de 0,2 a 0,55 para a verde e 0,21 a 0,47 para a

madura. Verificou-se também que a quantidade de carboidratos se aproxima do encontrado por

TORRES et al. (2005) que analisou a farinha de banana verde da variedade Nanicão em que a

quantidade de carboidratos em matéria-seca foi de 91,70%.

A farinha de banana verde tem grande valor nutricional e é utilizada principalmente na

alimentação das crianças, idosos e gestantes porque substitui o trigo, mas sem conter glúten.

Capítulo 4 95


Moraes Neto et al. (1998) obtiveram 3,2% de teor de proteína e 4,1% para as cinzas da farinha

de banana verde, enquanto Fasolin et. al. (2007) obtiveram 4,54% e 2,62%, respectivamente

Quanto ao teor de fibra alimentar o presente trabalho apresentou baixo valor de 0,7%

para a banana pura (liofilizada). e valores variando entre 4,23 a 4,74 % para os pós de banana

verde obtido em camada de espuma. Mota et al. (2000) obteve para as variedades Ouro da Mata,

Nanica, Nanicão e Prata anã valores na faixa de 6,3 a 9,0 g/100g. Os valores reportados por

Pacheco-Delahaye et al. (2008) foram na faixa de 9,0 a 9,7 g/100g.

4.9. °Brix, Acidez e pH

O teor de sólidos solúveis (°Brix) corresponde a concentração de todos os sólidos

dissolvidos em água, como açúcares, sais, proteínas e ácidos, que são importantes compostos

responsáveis pelo sabor e pela consequente aceitação por parte dos consumidores

(BAPTESTINI, 2015). Conforme se mostra na Tabela 4.11 os pós de banana madura obtidos

por camada de espuma apresentaram elevada concentração de sólidos solúveis totais (°Brix).

As medida foi realizada no pó reidratado, e os valores estão em consonância com o teor de

sólidos solúveis de sua polpa, conforme discutido no item 4.1. Comparada com o pó liofilizado

o maior teor de sólidos solúveis pode ser justificado pela presença da albumina, uma vez que

albumina industrializada é processada com adição de carboidratos. Para o pó liofilizado da

banana verde, o teor de sólidos solúveis de 3,97% também se encontra em concordância com o

baixo valor encontrado na banana verde in natura (5,1%) registrado na Tabela 4.1. O aumento

no teor de sólidos solúveis das espumas também se justifica pela adição da albumina conforme

discutido anteriormente.

Em relação à acidez total titulável, os maiores valores foram encontrados na condição

de 60°C para a madura (2,11% de ácido málico) e 70°C para a verde (0,96% de ácido málico)

conforme Tabela 4.11. A banana no estádio verde caracteriza-se por apresentar uma baixa

acidez, aumentando com o decorrer do amadurecimento, até atingir um máximo, quando a casca

está totalmente amarela, para posteriormente decrescer (NASCIMENTO JUNIOR et. al, 2008).

Capítulo 4 96


Tabela 4.11- Sólidos solúveis (°Brix), acidez e pH de pós de banana madura e verde, puras

(liofilizadas) e resultante da secagem em camada de espuma em diferentes condições de

temperaturas.

Sólidos solúveis

(°Brix) Acidez pH

Banana Madura

Pura 24,66±0,67 2,04±0,05 4,82±0,01

60°C 28,80±0,08 2,11±0,08 4,73±0,02

70°C 28,45±0,85 1,57±0,08 4,71±0,05

80°C 27,16±0,03 1,68±0,03 4,76±0,03

Banana Verde

Pura 3,97±0,05 0,4898±0,06 5,04±0,005

60°C 10.97±0.09 0,8543±0,03 5,47±0,005

70°C 12.54±0.09 0,9605±0,02 5,07±0,005

80°C 11.01±0.09 0,8949±0,06 5,37±0,02

4.10 Umidade, atividade de água, higroscopiscidade e solubilidade dos pós

Na Tabela 4.12 encontram-se os dados relativos à caracterização físico-química dos pós

de banana madura e verde. Os pós produzidos a partir da secagem da banana madura,

independente do processo apresentaram os maiores teores de umidade. Nas espumas

desidratadas os valores variaram entre 1,06% a 6,2% (banana verde e madura, respectivamente),

indicando uma baixa disponibilidade de água para a ocorrência de reações químicas e

crescimento microbiológico (Jaya e Das, 2004). Tendência semelhante foi observada na

secagem de manga por Rajkumar et al. (2007), onde a redução do teor de umidade da espuma

de manga foi maior do que a polpa de manga sem espuma. Verifica-se que o pó oriundo da

liofilização da banana madura apresentou o maior teor de umidade, isso pode estar relacionado

a alta quantidade de açúcar presente, gerando o amorfismo, dificultando a sublimação e

consequentemente deixando o pó mais úmido. Todavia, para a banana verde, tanto o pó

liofilizado como os produzidos na secagem da espuma apresentaram teores de umidade baixos,

observando-se o efeito da elevação temperatura de secagem das espumas na obtenção de pós

mais secos.

A atividade de água é muito importante nos estudos de preservação dos alimentos, uma

vez que em níveis elevados promovem o crescimento de bactérias, bolores e leveduras e reações

enzimáticas. De acordo com a Tabela 4.12 a atividade de água variou entre 0,237 a 0,336 para

os pós da banana madura e de 0,230 a 0,309 para a verde o que indica que o risco de deterioração

é baixo, pois valores de Aw entre 0,2 e 0,6 não há risco de proliferação microbiana (RAO et

al., 2005). Conforme se observa na Tabela 4.12 Os pós liofilizados apresentam atividade de

água mais baixos independe do teor de umidade estarem mais ou menos úmidos do que os pós

Capítulo 4 97


produzidos através da secagem das espumas. Este resultado levanta hipóteses de possíveis

efeitos do processamento térmico ou da adição da albumina na disponibilidade de água para a

ocorrência de reações químicas e crescimento microbiológico (Jaya e Das, 2004).

Tabela 4.12- Umidade, Atividade de água (Aw), higroscopiscidade e solubilidade dos pós de

banana madura pura (liofilizada) e em camada de espuma em diferentes condições de

temperaturas

Umidade Aw Higroscopicidade (%) Solubilidade

Banana madura

Pura 7,6 ± 0,18 0,237±0,002 7,53±0,26 88,1±0,03

60°C 5,5±0,34 0,336±0,002 8,96±0,46 75,8±0,03

70°C 6.2±0,09 0,333±0,001 8,50±0,21 76,4±0,05

80°C 5.8±0,04 0,334±0,002 7,99±0,70 77,2±0,02

Banana verde

Pura 1,52±0,02 0,230±0,002 1,88±0,08 15,9±0,008

60°C 2,74±0,19 0,309±0,003 4,051±0,09 25,79±0,01

70°C 1.61±0,06 0,307±0,002 4,732±0,03 27,24±0,001

80°C 1,06±0,03 0,302±0,007 4,527±0,05 22,31±0,04

A higroscopicidade é a capacidade apresentada por um pó de absorver água a partir de

um ambiente com uma umidade relativa maior que o conteúdo de umidade de equilíbrio e está

ligada à sua estabilidade microbiológica, física e química. O pó de banana madura e verde

obtido pelo método de camada de espuma apresentaram de acordo com a Tabela 4.12

higroscopicidade variando de 7,53 a 8,96 e 1,88 a 4,732 para a banana madura e verde

respectivamente. Para a banana madura os pós são mais higroscópicos e não se observa

diferenças significativas referentes ao processo de secagem e nem a temperatura. Os pós

oriundos da secagem da banana verde são bem menos higroscópicos, principalmente o

liofilizado, verificando-se que processamento térmico associado a adição do adjuvante interfere

na higroscopicidade. Todavia destaca-se que todos os pós são classificados de acordo com sua

higroscopicidade (GEA NIRO, 2017) como não higroscópicos. O conhecimento do

comportamento higroscópico é essencial para se estabelecer a embalagem e condições de

armazenamento do produto (Oliveira, Clemente, e Costa, 2014).

A solubilidade possibilita verificar a capacidade do pó em se manter como uma mistura

homogênea em água, isto é, a estabilidade da mistura composta por partículas dissolvidas no

líquido (Franco 2015). Conforme é mostrado na Tabela 4.12 o pó de banana madura puro

(liofilizado) apresentou percentagem de solubilidade de 88,1%, valor superior e que difere

estatisticamente dos valores da solubilidade dos pós desidratados nas diferentes temperaturas

de secagem pelo método de camada de espuma. Entretanto estes valores não apresentaram

Capítulo 4 98


diferença significativa entre si o que demostra que não houve efeito da temperatura de secagem

na solubilidade dos pós das espumas Os valores da solubilidade encontrados para os pós de

banana madura, mesmo com a adição de albumina, indicam sua adequação como ingrediente a

ser utilizado em produtos alimentícios instantâneos. A solubilidade dos pós de banana não

obteve muita influência pela variação nas condições de temperatura, porém houve uma

diferença quando comparado com a banana pura (liofilizada) que apresentou maior

solubilidade. Provavelmente, esta diferença está relacionada a presença da albumina nos pós de

bananas que utilizarem este como agente espumante no processo de secagem.

Para a banana verde os pós se mostraram pouco solúveis e o menor valor da solubilidade

é observado no pó liofilizado. A presença do amido pode justificar essa baixa percentagem já

observada no baixo teor de sólidos solúveis presentes no purê de banana comentada no item

4.1.

4.11 Difração de raios-X (DRX)

A determinação do estado cristalino ou amorfo dos pós de banana foi realizada através da

obtenção dos difratogramas de raios X. Em geral, quando um material é cristalino, os difratogramas

apresentam picos agudos e bem definidos devido ao estado de ordenação das moléculas, enquanto

que materiais amorfos não mostram picos bem definidos, mas sim, um padrão difuso, na forma de

faixas, uma vez que no estado amorfo as moléculas estão distribuídas de maneira desordenada

(CANO-CAUCA et al., 2005).

Amostras de banana verde e maduras liofilizadas exibiram comportamento de materiais

amorfos na grande parte e cristalinos, detectáveis por alguns picos mais amplos e picos sem

definidos (Figuras 4.28 e 4.29). De maneira geral os pós das amostras de banana verde e madura,

secas em camada de espuma com variação de temperatura de 50 a 80°C, apresentaram

características de material amorfo, uma vez que os gráficos não apresentam picos bem definidos. O

estado amorfo é mais desejável para os pós de frutos, pois apresenta maior viscosidade associada à

menor mobilidade molecular, que inibe reações químicas e bioquímicas (ARAUJO-DÍAZ et al.,

2017).

Capítulo 4 99


A B

C D

Figura 4.28 – Difratogramas de banana madura liofilizada (A) e dos pós de banana seco em camada

de espuma nas temperaturas de 60°C (B), 70°C (C) e 80°C (D).

Capítulo 4 100


A B

C D

Figura 4.29 – Difratogramas de banana verde liofilizada (A) e dos pós de banana seco em camada

de espuma nas temperaturas de 60°C (B), 70°C (C) e 80°C (D).

4.12 Ácido Ascórbico, Composto Fenólicos Totais e Determinação da

atividade antioxidante pelo método e DPPH

O teor de ácido ascórbico encontrado para o pó de banana foi de 5,46 e 2,45 mg/100g

para a banana verde e madura, respectivamente. Lim et al., (2007) em pesquisa de compostos

bioativos em diversas frutas, relatam quantidades de ácidos ascórbico em bananas de

4,9mg/100g. Pereira, (2012) avaliou diversas amostras de frutas brasileiras quanto a níveis de

compostos bioativos e publicou valores próximos ao presente trabalho, com teores de 6,58 e

5,62 mg/100g de ácido ascórbico em bananas das variedades prata e maçã, respectivamente.

Percebe-se uma redução no valor de vitamina C do pó seco em camada de espuma em relação

ao pó de banana liofilizado para ambas as bananas. Segundo Araújo (2008), o teor de vitamina

C oxida rapidamente em altos teores de umidade, especialmente quando exposta ao oxigênio,

calor e à luz.

Capítulo 4 101


Os resultados da quantificação de compostos fenólicos totais mostraram que houve uma

diferença entre os resultados tanto para banana verde quanto para madura para os pós obtidos a

80°C que apresentou maior concentração, e consequentemente maior retenção de fenólicos,

Tabela 4.13. Rocha (2012) encontrou 917,44 mg de AGE/100g de compostos fenólicos totais

para o mix banana verde e açaí (2:1) obtido em leito de jorro a 70 °C.

A capacidade antioxidante foi quantificada utilizando dois radicais distintos e os resultados

foram expressos como TEAC (capacidade antioxidante equivalente ao trolox®). Para o radical

DPPH não foi observada diferença significativa na capacidade antioxidante entre os pós da banana

verde, para a banana madura registrando-se todavia, uma redução com o aumento da temperatura

Tabela 4.13.O valor da capacidade antioxidante dos pós obtidos a partir do radical DPPH foram

abaixo aos encontrados por Vasco, Ruales e Kamal (2008) para polpa de frutas como goiaba e

graviola (30 e 23 μmol de TE/g). Como o tanino é um composto fenólico presente na banana, no

fruto verde este composto é solúvel e à medida que o fruto vai amadurecendo ocorre um aumento

gradual na condensação. Desse modo pode-se explicar os elevados resultados teores de compostos

fenólicos encontrados nos pós de bananas.

Tabela 4.13 Teor de compostos bioativos (ácido ascórbico e compostos fenólicos totais) e atividade

antioxidante para o pó de banana liofilizado e em camada de espuma.

AA mg/100g CFT (mg de AGE/100g) DDPH (μmol de TE/g)

Verde

(Liofilizada) 5,22±0,17

753,9±12,3 6,62±0,04

60 2,70±0.0008 2547,3±27,5 11,06±0,015

70 2,45±0.009 2704,4±46 10,93±0,6

80 3,03±0,56 5023,3±19,4 9,66±0,03

Madura

(Liofilizada) 5,46±0,03

1211,8±0,6 9,24±0,02

60 4.89±0.002 1121,9±34,7 8,82±0,06

70 4,89±0.008 1105,9±26,7 5,33±0,13

80 3,67±0,009 1988,5±15,4 7,8±0,04

4.13 Microscopia do pó

Através da avaliação da microestrutura dos alimentos, é possível avaliar a níveis

microscópicos detalhes de cada componente (água, amido, carboidratos, lipídeos, açúcares,

proteínas e sais) e suas conexões na célula a nível molecular. À medida que um alimento passa

por diferentes tratamentos ou processos, sua microestrutura pode ser preservada ou destruída

para o desenvolvimento de novos produtos. Em particular, o processo de desidratação cria ou

destrói a microestrutura de um alimento distribuindo especificamente cada componente por

fases (RATTI, 2009).

Capítulo 4 102


Pela microscopia eletrônica de varredura e possível verificar as características

morfológicas e estruturais da fruta da banana verde e madura em pó A Figura 4.3 apresenta a

microscopia eletrônica de varredura do pó de banana madura e verde contendo 5% de albumina

e seco a temperaturas de 60,70, 80°C. O formato do poro de espumas de banana antes da

secagem era esférico, quando as amostras foram desidratadas, o formato do poro foi alterado.

Como mostrado na Figura 3, a forma dos poros do pó de banana foi alongado, provavelmente

devido à formação de estresse durante a secagem, o que levou a alguma distorção

(Thuwapanichayanan et al. 2008a).

No geral, grânulos dos pós das bananas madura e verde possuem formato irregular, mas

de forma oval e alongada facilmente visualizada. Zea et al. (2013) reportou imagens parecidas

para a goiaba e relacionou a irregularidade dos formatos com a natureza fibrosa e porosa própria

da fruta.

Capítulo 4 103


Figura 4.30 - Microsgrafia MEV do pó de (A) e (E) banana madura e verde liofilizada e na

mesma concentração de 5% de albumina com diferentes temperaturas de secagem (B) e (F) 60,

(C) e (G) 70 e (D) e (H) 80 °C (100 x).

4.14 Análise Microbiológica

Os resultados das análises microbiológicas indicaram que o processamento do pó da

banana madura pelo método de secagem por camada de espuma está de acordo com os padrões

estabelecidos pelo item 1c do Regulamento Técnico da Resolução (RDC) nº 12 (Brasil 2001),

ou seja, a contagem de coliformes termotolerantes foi inferior ao valor máximo permitido

(<1,0x102 UFC.g-1) e a pesquisa de Salmonela indicou ausência em 25g do pó da banana. Isso

indica que o tratamento de secagem da banana em pó reduziu consideravelmente a carga

microbiana. Resultados semelhantes foram relatados em couve-flor seco (Kadam et al. 2005) e

cebola desidratada (Kadam et al. 2009).

Os coliformes totais e fecais colonizam o trato intestinal de animais de sangue quente,

incluindo os humanos e podem contaminar os alimentos por meio de falhas no aspecto higiênico

durante o processamento (Silva Junior 2014). Já a Salmonella pode estar presente em frutos,

dada a possibilidade do contato com matéria fecal animal durante seu cultivo (Agência

Capítulo 4 104


Portuguesa de Segurança Alimentar 2007). Portanto, ambos os microorganismos são

empregados como indicadores de qualidade higiênico-sanitária na manipulação de alimentos

(Silva Junior 2014).

4.15 Análise Sensorial

4.15.1 Teste de Comparação Múltipla

Os dados da análise sensorial no teste de comparação múltipla foram tabelados sendo

realizada, em seguida, a Análise de Variância (ANOVA). Os valores de Fisher calculados na

ANOVA foram maiores do que os valores de Fisher tabelados, demonstrando que há diferença

significativa entre as amostras de vitamina com concentrações do pó da banana reconstituído e

banana in natura ao nível de 5% de probabilidade (p < 0,05). Dessa forma, o teste de

comparação múltipla permitiu verificar que as amostras de pó da banana com diferentes

concentrações diferiram significativamente da amostra padrão (vitamina com banana in natura)

em relação ao sabor. No entanto, para estabelecer qual é a diferença entre os tratamentos, foram

realizados os testes de médias de Dunnett, os quais demonstraram que as amostras F2 e F3

diferiram significativamente do controle (p > 0,05) em relação ao sabor, enquanto que F1 não

apresentou diferença estatística de sabor em relação à amostra controle. Os resultados do teste

de diferença-do-controle estão expressos na Tabela 4.14.

Tabela 4.14- Teste de diferença do controle das amostras reconstituídas com diferentes

concentrações de pó da banana.

Amostras Médias DP

*C 4,30a ±1,39

F1 (38%) 5,18a ±2,20

F2 (33%) 6,16b ±2,10

F3 (28%) 5,82b ±1,97

a b Médias com letras iguais na mesma coluna não diferem entre si (p < 0,05);

*C – Controle

De acordo com o resultado das médias da comparação múltipla Tabela 4.14, a amostra

F1 (com 30% de pó da banana) obteve a melhor avaliação sensorial com relação ao sabor, não

diferindo da amostra C. Portanto, é possível afirmar que do ponto de vista sensorial os

provadores não perceberam a diferença de sabor entre a amostra controle composta por banana

in natura e a amostra F1 (composta por 38% de farinha de banana). Sensorialmente, os

tratamentos F2, F3 e C diferem entre si (p<0,05). Esse fato pode ter ocorrido pela baixa

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0101-20612006000400002&script=sci_arttext#tabela3

Capítulo 4 105


concentração de pó da banana nas amostras F2 e F3 e consequente redução da consistência

dessas amostras quando comparadas a amostra controle.

Capítulo 5

Conclusões

Capítulo 5 107


5. Conclusões

O processo de preparação das espumas, foi otimizado pelo tempo de batimento em

função da máxima expansão alcançada na faixa de concentração de albumina em estudo. Com

relação ao processo de secagem os modelos ajustados aos dados experimentais mostraram-se

significativos e preditivos sendo, portanto, úteis para predição de dados cinéticos de secagem

em camada de espuma das bananas verde e madura. Os tempos de secagem foram relativamente

longos, todavia muito curtos quando comparados ao tempo necessário para liofilização de

alimentos. Para a banana verde a secagem em camada de espuma se mostrou mais eficiente com

redução importante no tempo para alcançar a condição de equilíbrio, comparativamente ao da

banana madura. Este resultado corrobora com o importante período de secagem em taxa

constante identificado na secagem das espumas da banana verde. A otimização das condições

de secagem em função das variáveis temperatura, concentração de albumina e espessura da

camada de espuma indicou a condição de maior temperatura, 80°C e espessura de 0,8cm com

a ideal para secar as espumas de banana nos dois estágios de maturação, verificando-se pouca

influência da concentração de albumina sobre os parâmetros de secagem. Os modelos estáticos

ajustados aos dados experimentais da maioria das variáveis analisadas se mostraram

significativos e úteis para fins preditivos, podendo ser utilizados para a modelagem e simulação

do processo visando a obtenção de dados para o projeto e construção de secadores em maior

escala de produção.

De acordo com os resultados apresentados é possível produzir concentrados em pó de

bananas nos estágios de maturação verde e madura, com umidade e atividade de água adequadas

à conservação, não higroscópicos e enriquecidos em proteínas e minerais. A comparação das

características dos pós obtidos a partir da secagem das espumas com o resultante da liofilização

dos purês de banana puros, valida a qualidade do produto e a viabilidade do processo de

secagem em camada de espuma quando comparado a liofilização. Os resultados das análises

microbiológicas dos pós indicaram contagem de coliformes termotolerantes inferior ao valor

máximo permitido pela legislação e ausência de salmonela, demostrando a redução da carga

microbiana promovida pelo processo de secagem. A análise sensorial de vitaminas preparadas

com pós da banana madura reconstituídos em leite, realizada através do teste de comparação

múltipla com uma amostra controle de vitamina de banana madura in natura, mostrou que do

ponto de vista sensorial os provadores não perceberam a diferença de sabor entre a amostra

controle e a composta por 30% de pó de banana Este resultado valida a aplicação da banana

madura em pó como ingrediente na preparação de alimentos solúveis e no caso específico da

vitamina de banana, amplamente consumida no Brasil.

Capítulo 6

Referências bibliográficas

Referências bibliográficas 109


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PRODUÇÃO DE PÓ DE BANANA VERDE E MADURA ATRAVÉS …...Figura 3.4- Pó de banana obtido pelo método de secagem em camada de espuma.....48 Figura 3.5- Tabela para Teste de comparação