Desidratação osmotica e secagem convectiva de maçã : transferencia de massa e alterações de estrutura celular

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Monnerat, Sandra Mourão
Data de Publicação: 2009
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609792
Resumo: Orientador: Florencia Cecilia Menegalli
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spelling Desidratação osmotica e secagem convectiva de maçã : transferencia de massa e alterações de estrutura celularOsmotic dehydrations and convective drying apple : mass transfer and cellular structure changesDesidratação osmóticaSecagem convectivaCoeficiente de difusãoTransferência de massaOsmotic dehydrationConvective dryingDiffusion coefficientMass transferOrientador: Florencia Cecilia MenegalliTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: No presente trabalho investigou-se a desidratação osmótica de maçãs (variedade Fuji), seguida ou não de secagem convectiva com ar quente. Foram determinados perfis de concentração de água e soluto(s) em amostras de maçãs cortadas ao meio e desidratadas osmoticamente em soluções aquosas binárias (30% e 50% de sacarose, p/p) e solução ternária (50% de sacarose e 10% de cloreto de sódio, m/m), sob agitação vigorosa e temperatura constante (27°C). As amostras imersas na solução osmótica durante 2, 4 e 8 h foram fatiadas a partir da superfície plana exposta. A densidade e os teores de água, açúcares totais e redutores e cloreto de sódio foram determinados em cada fatia. O modelo matemático que descreve o transporte de cada espécie estudada (água, sacarose e cloreto de sódio) se baseia na equação de continuidade e na Lei de Fick e considera o encolhimento do tecido. O modelo foi ajustado aos dados experimentais, através do método implícito de diferenças finitas de Crank-Nicolson para determinar os coeficientes efetivos de difusão como uma função da concentração, utilizando coordenadas materiais e integrando simultaneamente as equações diferenciais de cada componente (água e sacarose ou água, sacarose e cloreto de sódio). Imagens de microscopia ótica de tecidos tratados osmoticamente, previamente pigmentados com o corante vital vermelho neutro, foram obtidas variando-se a concentração das soluções e o tempo de exposição. Os registros fotográficos retratam alterações da estrutura celular, que variam de acordo com a intensidade do processo de desidratação. A secagem convectiva com ar quente foi realizada em amostras de maçãs cortadas ao meio, frescas e previamente tratadas em solução aquosa de sacarose a 50% p/p durante 4 horas (27°C). Os perfis de umidade foram determinados a partir da superfície, após a exposição da face plana das metades das maçãs ao fluxo de ar quente (60°C ) durante 3, 6, 10 e 24 horas de secagem. O modelo matemático que descreve o transporte da água se baseia nas equações de continuidade e na Lei de Fick e considera o encolhimento do tecido e a concentração inicial não homogênea para o tecido previamente tratado. De maneira similar à desidratação osmótica, a difusividade de água na secagem também foi determinada em função da concentração, utilizando-se o método implícito de diferenças finitas de Crank-Nicolson e coordenadas materiais. Obtevese um bom ajuste dos modelos matemáticos aos dados experimentais de desidratação osmótica e de secagem. A ordem de magnitude dos coeficientes obtidos para a desidratação osmótica foi uma ou duas vezes menor que de coeficientes de difusão binários de soluções puras de sacarose e de cloreto de sódio. No caso da secagem, o comportamento da difusividade mostrou dependência significativa com a concentração de água. O tecido fresco apresentou coeficientes superiores aos do tecido pré-tratado osmoticamente além de funcionalidades distintas para diferentes tempos de secagem (inferior e superior a 6 horas). O tecido tratado apresentou um comportamento mais estável da difusividade da água no material e foi descrito por uma única função. Este fato está relacionado com as mudanças estruturais ocorridas durante a secagem, mais severas para o tecido fresco em relação ao tecido tratadoAbstract: In this study it was investigated the osmotic dehydration of apples (Fuji variety) followed or not by convective drying with hot air. Concentration profiles were determined for water and solute(s) in samples of apples cut in half and osmotically dehydrated in binary aqueous solutions (30% and 50% sucrose, w/w) and ternary solution (50% sucrose and 10% sodium chloride, w/w) under vigorous stirring and constant temperature (27°C). The samples immersed in the osmotic solution for 2, 4 and 8 h were sliced from the exposed flat surface. The density and water, total and reducing sugars and sodium chloride contents were determined in each slice. The mathematical model that describes the transport of each species studied (water, sucrose and sodium chloride) is based on the continuity equation and on the of Fick's diffusion law and considers the tissue shrinkage. The model was fitted to experimental data through the finite difference implicit method of Crank-Nicolson, to determine the effective diffusion coefficients as a function of concentration, using material coordinates and integrating simultaneously the differential equations of each component (water and sucrose or water, sucrose and sodium chloride). Light microscopy images of osmotically processed tissues previously pigmented with the vital dye neutral red, were obtained, varying the concentration of solutions and time of exposure. The photographic records show changes in cellular structure, which vary with the intensity of the dehydration process. The convective air drying was carried out on samples of apples cut in half, fresh and treated in aqueous solution of sucrose to 50% w/w for 4 hours (27°C). The moisture profiles were determined from the surface, after exposure of the flat face of half of the apples to the flow of hot air (60 ° C) during 3, 6, 10 and 24 hours of drying. The mathematical model that describes the water transport is based on the continuity equation, the Fick's diffusion law, the tissue shrinkage and the nonhomogeneous initial concentration of the previously treated tissue. Similarly to the osmotic dehydration, the water diffusivity in drying was also determined in terms of concentration, using the finite difference implicit method of Crank-Nicolson and coordinated materials. It was possible to obtained a good fit of mathematical models to experimental data of osmotic dehydration and drying. The order of magnitude of the coefficients obtained for the osmotic dehydration was one or two times lower than diffusion coefficients of pure binary solutions of sucrose and sodium chloride. For drying, the behavior of diffusivity showed significant dependence with the concentration of water. The fresh tissue showed coefficients greater than the osmotically pre-treated tissue than it needs distinct functions for different times of drying (and less than 6 hours). The treated tissue showed a more stable behavior of the water diffusivity in the material and was described by a single function. This fact is related to the structural changes during drying, more severe for the fresh tissue than for the treated tissueDoutoradoDoutor em Engenharia de Alimentos[s.n.]Menegalli, Florência Cecília, 1944-2017Romero, Javier TelisSobral, Paulo José do AmaralHubinger, Miriam DupasCunha, Rosiane Lopes daUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de AlimentosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMonnerat, Sandra Mourão2009info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf158 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609792MONNERAT, Sandra Mourão. Desidratação osmotica e secagem convectiva de maçã: transferencia de massa e alterações de estrutura celular. 2009. 158 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1609792. 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