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Osmotic dehydration of jackfruit (Artocarpus integrifolia L.): application of mathematical models/Desidratacao osmotica de fruticulos de jaca (Artocarpus integrifolia L.): aplicacao de modelos matematicos.

Introducao

As frutas sao de grande importancia em todo o mundo no que se refere a aspectos sociais, economicos e alimentares, sendo fontes indispensaveis de vitaminas, minerais, alem de fornecerem fibras. Sao altamente pereciveis em virtude do elevado grau de umidade, geralmente acima de 80% (JAYARAMAN; DAS GUPTA, 1992). Em alguns paises de clima tropical e subtropical, as perdas de frutas podem chegar a aproximadamente 40-50% da producao por refrigeracao e armazenamento inadequados.

O principal objetivo do processamento de alimentos e converte-los em produtos mais estaveis que possam ser estocados por longos periodos, e as tecnicas mais importantes sao o enlatamento, o congelamento e a desidratacao (JAYARAMAN; DAS GUPTA, 1992).

A desidratacao e um dos metodos de conservacao mais antigos. O calor do fogo e a energia solar eram utilizados para a obtencao dos produtos desidratados, com a finalidade de preservar os excedentes das colheitas para serem consumidos nos periodos de escassez (VAN ARSDEL; BROWN, 1973). E definida como a operacao unitaria que converte um alimento liquido, solido ou semissolido em um produto com baixo grau de umidade. Baseia-se na reducao da atividade de agua do alimento, com consequente inibicao de crescimento microbiano, atividade enzimatica, oxidacao de lipideos e escurecimento nao-enzimatico que ocorrem em alimentos (CABRAL et al., 1979; UBOLDI EIROA, 1981; JAY, 1994; BARRUFALDI; OLIVEIRA, 1998). Alem da preservacao, a desidratacao reduz o peso e o volume do produto, aumentando a eficiencia do transporte e do armazenamento. Tambem pode fornecer produtos de sabor diferenciado do in natura, os quais podem ser adicionados em muitos produtos (biscoitos, cereais em barra, misturas secas para bolos, entre outros) como ingredientes naturais, uma vez que as frutas desidratadas sao consideradas nutritivas e com baixo teor de gordura (LABELL, 1990 apud SARANTOPOULOS et al., 2001).

Dentre as tecnicas de desidratacao, uma simples e bastante utilizada e a desidratacao osmotica, que ocorre por imersao do produto em solucoes de acucar ou sal. Geralmente, porem, este processo nao e capaz de reduzir a atividade de agua do alimento a niveis suficientemente baixos que garantam a sua estabilidade, de forma que e usada como um pretratamento de vegetais em combinacao com outras tecnicas de preservacao, como secagem com ar aquecido, liofilizacao e secagem a vacuo. Se aplicadas isoladamente, tais tecnicas oferecem algumas desvantagens. Por exemplo, a secagem convectiva, quando mal controlada, pode provocar danos e efeitos indesejaveis ao produto em funcao das temperaturas e taxas de secagem (KARATHANOS et al., 1995).

Para expressar a desidratacao osmotica em alimentos, muitos autores, entre eles, Mauro e Menegalli (1995) e Rastogi et al. (1997), tem utilizado a equacao de Fick (Equacao 01) para expressar a perda de agua dos alimentos; no entanto, os autores, em todos os trabalhos, tem relatado as limitacoes dessa equacao, quer pela necessidade de um grande numero de termos, quer por nao representar os dados experimentais em trechos das curvas.

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] (1)

X = conteudo de agua em base seca;

[X.sub.e] = conteudo de agua de equilibrio em base seca;

[X.sub.0] = conteudo de agua inicial em base seca;

[X - [X.sub.e]/[X.sub.0] - [X.sub.e] = razao de umidade, adimensional;

[D.sub.ef] = difusividade efetiva ([m.sup.2] [s.sup.-1]);

t = tempo;

L = dimensao caracteristica.

A comercializacao de frutas processadas vem aumentando no mercado brasileiro, em virtude da melhoria da qualidade dos produtos ofertados, do maior numero de pessoas morando sozinhas, do aumento de renda e da maior facilidade proporcionada pelos produtos ja prontos para o consumo, muitas vezes ate importados. Desta forma, sucos prontos para beber, frutas minimamente processadas e outros alimentos industrializados tem recebido a preferencia do consumidor (FERRAZ et al., 2002).

Existem poucas opcoes de frutas desidratadas osmoticamente e, sobretudo, falta de estudos em relacao ao fruto em questao.

A jaqueira (Artocarpus heterophillus L.) e uma arvore de regioes quentes e umidas, de clima tropical umido que tambem se desenvolve em regioes de clima subtropical e semiarido, desde que haja a utilizacao da irrigacao artificial (Estado do Ceara), cujo fruto e conhecido como jaca. Pela facilidade com que se dissemina, prolifera espontaneamente nas regioes mais quentes do pais. Atualmente, e cultivada em toda a regiao Amazonica e toda a costa tropical brasileira, do Estado do Para ao Rio de Janeiro.

A jaca apresenta caracteristica de sazonalidade bem especifica, marcada pela concentracao da oferta no periodo de dezembro/abril.

A coloracao amarelada, o sabor doce e o cheiro forte caracteristico, reconhecivel a longa distancia, sao os principais atributos a seu favor. Os bagos podem ser de consistencia um pouco endurecida ou totalmente mole, dai a distincao de duas variedades muito conhecidas e denominadas popularmente de jaca-mole' e 'jaca-dura' (MITRA; MAITY, 2002). E uma fruta rica em fibras, sendo indicada as pessoas com problemas intestinais. E rica tambem em calcio, fosforo, ferro e vitaminas do complexo B, principalmente as vitaminas B2 (Riboflavina) e B5 (Niacina).

Oliveira (2006) mediu caracteristicas fisico-quimicas, dentre as quais sao citadas: umidade 71 [+ or -] 0,16%; materia seca 28,50 [+ or -] 0,16%; proteina 1,45 [+ or -] 0,001%; lipideos 0,16 [+ or -] 0,02%; cinzas 0,0072 [+ or -] 0,001%; pH 5,32 [+ or -] 0,01; acidez total 0,53 [+ or -] 0,015%; acucares totais 17,40 [+ or -] 1,51; acucares redutores 4,49 [+ or -] 0,25; acucares nao-redutores 11, 66 [+ or -] 1,76 e compostos fenolicos 103,70 [+ or -] 0,43 mg 100 [g.sup.-1].

Neste trabalho, teve-se como objetivo o estudo da aplicacao de modelos matematicos para as variaveis perda de agua, ganho de solidos, pH e ATT, durante a desidratacao osmotica dos fruticulos de jaca em solucao de sacarose a 64[degrees]Brix para diferentes temperaturas (40, 50, 60 e 70[degrees]C) das solucoes, no tempo de 2.880 min.

Material e metodos

Os experimentos foram realizados no Laboratorio de Secagem da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia/UESB, campus de Itapetinga.

Materiais

A materia-prima utilizada foi a jaca (Artocarpus integrifolia L.), utilizada no estagio maduro, variedade jaca-dura, que foi adquirida no mercado local e armazenada em temperatura ambiente. Como agente osmotico, utilizou-se a sacarose (acucar refinado comercial), a glicose de milho (glicose comercial), acido ascorbico e benzoato de sodio como conservante e acido citrico como acidulante.

Foram estudadas as solucoes com as combinacoes de sacarose:glicose discriminadas na Tabela 1.

Inicialmente, os fruticulos foram submetidos a branqueamento, para evitar o escurecimento enzimatico, sendo utilizado vapor saturado fluente a 100[degrees]C, por 2 min.

Em seguida, os fruticulos foram pesados e imersos em frascos de vidros de 500 mL, com tampa rosqueavel, contendo 200 mL de solucao desidratante mantida nas temperaturas 40, 50, 60 e 70[degrees]C, utilizandose, para tal, o banho termostatico (Figura 1).

Para o estudo da cinetica de secagem, as amostras foram retiradas do banho termostatizado em diferentes tempos de processo (15, 45, 90, 150, 240, 420, 720, 1.440, 2.160 e 2.880 min.).

Depois de retirados da solucao, os frutos foram enxaguados com agua destilada, para resfriamento e remocao do filme de acucar formado na superficie, e, em seguida, envolvidos em papel absorvente para retirada do excesso de agua, antes da pesagem do produto.

Amostras dos fruticulos, no instante inicial e nos diferentes tempos de processo, foram determinados o teor de solidos soluveis ([degrees]Brix) e a acidez total titulavel (ATT), de acordo com o metodo da AOAC (1984); pH utilizando um pHmetro digital portatil, marca COMBO; e umidade, conforme recomendado pela IAL (1985). Cada determinacao foi realizada em triplicata.

[FIGURA 1 OMITTED]

Analise dos Resultados

Os dados foram submetidos a analise de regressao nao-linear, para verificar a existencia de relacao funcional entre as variaveis dependentes--perda de agua, ganho de solidos soluveis, pH e acidez--e as variaveis independentes--temperatura, tempo e diferentes niveis de sacarose:glicose. Portanto, foram obtidas equacoes que expliquem o comportamento da variacao das variaveis dependentes pela variacao dos niveis das variaveis independentes.

Foram utilizados os softwares SPSS (versao 13,0), NCSSPAS (versao 13,0) e MICROCAL-ORINGIN (versao 6,0).

Para o estudo do comportamento da variacao da perda de agua, dos solidos soluveis (SST), do pH e da acidez titulavel, foram testados os modelos de regressao nao-linear: Decaimento exponencial de um e dois termos; Funcao Logistica; Hiperbolico e Sigmoidal.

Resultados e discussao

Caracterizacao da fruta in natura

A caracterizacao dos fruticulos de jaca in natura encontra-se na Tabela 2.

Observou-se que esses valores estao proximos dos obtidos por Oliveira (2006), confirmando o estadio de maturacao dos fruticulos.

Perda de Agua

Para o estudo do comportamento da variacao da perda de agua, o Modelo Exponencial de dois termos (Equacao 2) apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, obtendo valores de [R.sup.2] que variaram de 96,78 a 99,40% e [chi square] entre 0,00093 a 0,00406, respectivamente.

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] (2)

sendo y a perda de agua; x o tempo (minutos) e [y.sub.0]; [A.sub.1]; [A.sub.2]; [x.sub.0]; [t.sub.1] e [t.sub.2] constantes de regressao.

No ajuste feito neste experimento, foi estabelecido um valor fixo para o parametro xo igual a zero, com base na analise das curvas de cinetica obtidas.

Na Figura 2, observa-se que, ate proximo de 750 min. de processamento, obtem-se maior perda de agua para a temperatura de 50[degrees]C; logo apos 750 min., a temperatura de 40[degrees]C perde-se mais agua, em comparacao com outras temperaturas, ate o final do processo.

Ganho de solidos

Para o estudo do comportamento da variacao dos SST, o Modelo da Funcao Logistica (Equacao 3) apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, obtendo valores dos coeficientes de determinacao ([R.sup.2]) e qui-quadrado ([chi square]) que variaram entre 92,70 a 98,60% e 2,34 a 15,78, respectivamente.

y = ([A.sub.1] - [A.sub.2]/1 + [(x/[x.sub.0]).sup.P]) + [A.sub.2] (3)

sendo o parametro y o teor de solidos soluveis ([degrees]Brix); x o tempo de desidratacao (min.) e [A.sub.1]; [A.sub.2]; [x.sub.0] e p sao parametros estimados pela analise de regressao.

No ajuste feito neste experimento, foi estabelecido um valor fixo para o parametro [x.sub.0] de 2.880 min., com base na analise das curvas de cinetica obtidas.

[FIGURA 2 OMITTED]

Observou-se (Figura 3) que, com o aumento da temperatura, obteve-se maior ganho de SST.

O efeito da temperatura tambem foi observado no trabalho de Khoyi e Hesari (2006) com desidratacao osmotica de fatias de damascos, e o tratamento com sacarose a 70% apresentou maior ganho de solidos nas amostras desidratadas a 60[degrees]C que naquelas tratadas a 30[degrees]C, ate 4h de desidratacao.

[FIGURA 3 OMITTED]

pH

Para o estudo do comportamento da variacao do pH, o Modelo Decaimento Exponencial de um termo (Equacao 4) apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, obtendo valores dos coeficientes de determinacao ([R.sup.2]) e qui-quadrado ([chi square]) que variaram entre 89,5 a 98,2% e 0,004 a 0,017, respectivamente.

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] (4)

sendo y o pH; x o tempo (minutos) e [y.sub.0]; [A.sub.1]; [x.sub.0] e [t.sub.1] constantes de regressao.

Neste experimento, o melhor ajuste do modelo teve [x.sub.o] com valor fixo igual a zero.

A temperatura de 40[degrees]C (Figura 4), o valor medio do pH, ao final da desidratacao osmotica, e de 4,9; a temperatura de 70[degrees]C, o valor medio foi de 4,4 ao final do processo.

Segundo Atkinson et al. (1952) e Grosso (1972) citados por Andrade et al. (2003), a acidificacao do agente osmotico induz a aumento da porosidade do tecido da fruta, facilitando a difusao dos acucares para o seu interior.

[FIGURA 4 OMITTED]

Acidez Titulavel

Para o estudo do comportamento da variacao da ATT, o Modelo Funcao Logistica (Equacao 3) apresentou os melhores ajustes aos dados experimentais, obtendo valores dos coeficientes de determinacao ([R.sup.2]) e qui-quadrado ([chi square]) que variaram entre 89,5 a 97,4% e 0,007 a 0,29, respectivamente.

Observou-se que a temperatura tem influencia direta no aumento da ATT durante o processo de desidratacao osmotica. A Figura 5 indica que, com o aumento da temperatura, ha um aumento da ATT; a temperatura de 70[degrees]C, os fruticulos apresentaram maior ATT, com valores medios proximos a 2,9% de acido citrico.

[FIGURA 5 OMITTED]

Conclusao

O Modelo Exponencial de dois termos se ajustou melhor aos dados experimentais para perda de agua, pois seus valores de [R.sup.2] variaram entre 96,78 a 99,40%.

A Funcao Logistica apresentou melhor ajuste aos dados experimentais para o ganho de SST, visto que seus valores de [R.sup.2] variaram entre 92,70 a 98,60%.

O Modelo Decaimento Exponencial de um termo apresentou melhor ajuste aos dados experimentais para o pH, porque seus valores de [R.sup.2] variaram entre 89,5 a 98,2%.

A Funcao Logistica apresentou os melhores ajustes aos dados experimentais para a ATT, e os seus valores de [R.sup.2] variaram entre 89,5 a 97,4%.

Para as variaveis ganho de solidos, pH e acidez titulavel, a temperatura de 70[degrees]C obteve melhores resultados, quando comparada as temperaturas de 40, 50 e 60[degrees]C.

DOI: 10.4025/actascitechnol.V31i2.1026

Received on March 6, 2008.

Accepted on September 24, 2008.

Referencias

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Tatiana Sant'Anna de Souza (1) *, Modesto Antonio Chaves (1), Renata Cristina Ferreira Bonomo (1), Rilvaynia Dantas Soares (2), Ellen Godinho Pinto (1) e Iara Ribeiro Cota (1)

(1) Programa de Pos-graduacao em Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Praca da Primavera, 40, 45700-000, Itapetinga, Bahia, Brasil. (2) Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, Bahia, Brasil. * Autor para correspondencia. E-mail: tatieng2@hotmail.com
Tabela 1. Solucoes desidratantes 64[degrees]Brix, combinacao de
sacarose:glicose, avaliadas no experimento.

Solucao            Agentes Osmoticos
             Glicose (%)       Sacarose (%)

A                  0               100
B                 25                75
C                 40                60
D                 50                50
E                 75                25
F                100                 0

Tabela 2. pH, acidez titulavel, teor de solidos soluveis e teor de
agua dos fruticulos de jaca in natura utilizados no experimento.

Variavel                Media   Desvio-Padrao

pH                       5,8         0,28
ATT (% acido citrico)    1,6         0,68
SST ([degrees]Brix)     30,5         4,24
Teor de agua (%)        69,5        10,39
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Author:de Souza, Tatiana Sant'Anna; Chaves, Modesto Antonio; Bonomo, Renata Cristina Ferreira; Soares, Rilv
Publication:Acta Scientiarum Technology (UEM)
Article Type:Report
Date:Apr 1, 2009
Words:2892
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