SECAGEM POR ATOMIZAÇÃO DO SUCO DE AÇAÍ: .através de um planejamento experimental 2 3 completo

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

SSEECCAAGGEEMM PPOORR AATTOOMMIIZZAAOO DDOO SSUUCCOO DDEE AAAA::

IINNFFLLUUNNCCIIAA DDAASS VVAARRIIVVEEIISS DDEE PPRROOCCEESSSSOO,,

QQUUAALLIIDDAADDEE EE EESSTTAABBIILLIIDDAADDEE DDOO PPRROODDUUTTOO

RReennaattaa VVaalleerr iiaannoo TToonnoonn

Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadora: PPrrooff.. DDrr.. MMrr iiaamm DDuuppaass HHuubbiinnggeerr

Co-orientadora: DDrr.. CCaatthheerr iinnee BBrraabbeett

Campinas, agosto de 2009.

i

RESUMO

O presente trabalho teve como objetivo a obteno do suco de aa em p pelo

processo de spray drying. Inicialmente, avaliou-se a influncia das condies de processo

sobre a umidade, higroscopicidade, a reteno de antocianinas e o rendimento do processo,

atravs de um planejamento experimental 23 completo. A partir das condies selecionadas

nessa primeira etapa (temperatura de secagem de 140C, vazo mssica de 15g/min e 6% de

agente carreador), foram produzidas partculas utilizando quatro diferentes tipos de agentes

carreadores: maltodextrina 10DE, maltodextrina 20DE, goma arbica e fcula de mandioca.

Essas partculas foram ento submetidas a uma caracterizao fsico-qumica, sendo

analisadas em relao umidade, atividade de gua, densidade, porosidade, solubilidade,

molhabilidade, distribuio do tamanho de partculas, morfologia, cor, polifenis totais,

antocianinas e atividade antioxidante. As amostras produzidas com maltodextrina 20DE e

com goma arbica apresentaram as maiores umidades e atividades de gua, e o menor

tamanho de partculas. J as produzidas com fcula de mandioca foram as menos solveis,

menos porosas e apresentaram a maior densidade aparente e molhabilidade, maior dimetro

mdio e a maior perda de polifenis e antocianinas, durante o processo de secagem. Em

seguida, avaliou-se a estabilidade destas partculas, quando expostas a diferentes umidades

relativas, atravs da construo de isotermas de soro e da determinao da temperatura de

transio vtrea. As amostras produzidas com fcula de mandioca foram as menos

higroscpicas, seguidas pelas produzidas com maltodextrina 10DE. A temperatura de

transio vtrea diminuiu com o aumento da umidade das amostras, confirmando o efeito

plasticizante da gua sobre esta propriedade. Por fim, foi feito um estudo da estabilidade

das antocianinas e da atividade antioxidante nos ps estocados em diferentes condies de

temperatura e umidade relativa. O aumento nessas duas condies resultou em uma maior

degradao das antociaininas. A atividade antioxidante das amostras tambm diminuiu com

o aumento da umidade relativa, mas aumentou com o aumento da temperatura de

estocagem. As partculas produzidas com maltodextrina 10DE foram as que apresentaram

maiores tempos de meia-vida, seguidas pelas produzidas com goma arbica.

Palavras-chave: aa, secagem por atomizao, propriedades fsico-qumicas, transio

vtrea, estabilidade.

ii

ABSTRACT

The objective of this work was to obtain a powdered aa juice by spray drying.

First, the influence of process conditions on the moisture content, hygroscopicity,

anthocyanin retention and process yield was evaluated using a 23 experimental design.

From the conditions selected in this first section, (inlet air temperature of 140C, feed flow

rate of 15 g/min and 6% of carrier agent), particles were produced with four types of carrier

agents: maltodextrin 10DE, maltodextrina 20DE, gum Arabic and tapioca starch. These

particles were then characterized with respect to moisture content, water activity, density,

porosity, solubility, wettability, particles size distribution, morphology, color, total

polyphenolics, anthocyanin content and antioxidant activity. The samples produced with

maltodextrin 20DE and with gum Arabic exhibited the highest moisture content and water

activity, and the lowest particles size. The particles produced with tapioca starch were the

less soluble, less porous and with the lowest bulk density and wettability, highest mean

diameter and highest poliphenolic and anthocyanin loss, during the spray drying process.

Then, particles stability, when exposed to different relative humidities, was evaluated

through the construction of sorption isotherms and determination of the glass transition

temperature. The samples produced with tapioca starch were the less hygroscopic, followed

by those produced with maltodextrin 10DE. Glass transition temperature decreased with

increasing moisture content, confirming the plasticizant effect of water on this property.

Finally, a study about anthocyanin stability and antioxidant activity of powders stored at

different temperatures and relative humidities was made. The increase of both these

conditions resulted in higher anthocyanin degradation. The antioxidant activity also

decreased with increasing relative humidity, but aincreased with increasing temperature.

The particles produced with maltodextrina 10DE showed the highest half-life followed by

those produced with gum Arabic.

Key-words: aai, spray drying, physico-chemical properties, glass transition, stability.

iii

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Estrutura qumica das antocianinas.................................................................... 10

Figura 2.2. Esquema de funcionamento de um spray dryer (adaptado de DZIEZAK, 1988).

...................................................................................................................................... 16

Figura 2.3. Etapas do processo de secagem de produtos ricos em acar em spray dryer

(adaptado de Bhandari, Data e Howes, 1997). ............................................................. 19

Figura 2.4. Micropartculas com diferentes tipos de estrutura (adaptado de JAFARI et al.,

2008)............................................................................................................................. 20

Figura 2.5. Isotermas de adsoro e dessoro..................................................................... 32

Figura 2.6. Tipos de isotermas de soro (BRUNAUER, EMMETT e TELLER, 1938). ... 34

Figura 2.7. Exemplos de processos que resultam em slidos amorfos (adaptado de

BHANDARI e HOWES, 2000).................................................................................... 36

Figura 3.1. Etapas de produo da polpa de aa congelada: ( a ) Aa ainda no aaizeiro; (

b ) Colhedor chegando com o aa; ( c ) Aa sendo processado nas batedeiras; ( d )

Polpa de aa sendo embalada antes de ir para a cmara frigorfica. ........................... 56

Figura 3.2. Spray dryer utilizado nos ensaios de secagem................................................... 59

Figura 3.3. Curvas de escoamento para as diferentes concentraes de maltodextrina. ...... 64

Figura 3.4. Viscosidade aparente em funo da taxa de deformao, para as diferentes

concentraes de maltodextrina. .................................................................................. 66

Figura 3.5. Viscosidade aparente da polpa de aa filtrada, em funo da concentrao de

maltodextrina. ............................................................................................................... 67

Figura 3.6. Estimativa dos efeitos para umidade.................................................................. 70

Figura 3.7. Superfcies de resposta para umidade, relacionando: ( a ) temperatura vazo

mssica, para 20% de agente carreador; ( b ) temperatura concentrao de agente,

para uma vazo mssica de 15g/min; ( c ) vazo mssica concentrao de agente,

para 170C. ................................................................................................................... 72

Figura 3.8. Estimativa dos efeitos para higroscopicidade. ................................................... 74

Figura 3.9. Superfcies de resposta para higroscopicidade, relacionando: ( a ) temperatura

vazo mssica, para 20% de agente carreador; ( b ) temperatura concentrao de

iv

agente, para uma vazo mssica de 15g/min; ( c ) vazo mssica concentrao de

agente, para 170C........................................................................................................ 76

Figura 3.10. Estimativa dos efeitos para o rendimento do processo de secagem................. 78

Figura 3.11. Superfcies de resposta para o rendimento, relacionando: ( a ) temperatura

vazo mssica, para 20% de agente carreador; ( b ) temperatura concentrao de

agente, para uma vazo de 15g/min; ( c ) vazo mssica concentrao de agente,

para 170C. ................................................................................................................... 80

Figura 3.12. Estimativa dos efeitos para reteno de antocianinas. ..................................... 82

Figura 3.13. Superfcie de resposta para reteno de antocianinas, relacionando temperatura

concentrao de agente, para uma vazo mssica de 15g/min.................................. 84

Figura 3.14. Polpa de aa em p produzida com temperatura do ar de secagem de 170C,

vazo mssica de 15g/min, e concentrao de maltod