Estudo da cinética de secagem, curvas de sorção e predição de propriedades termodinâmicas da proteína texturizada de soja

Abstract

A utilização de proteína texturizada de soja (PTS) como ingrediente em alimentos visa substituir ou complementar outros tipos de proteínas de maior custo, melhorar as características do produto final, aumentar o valor nutricional e reduzir custos de produção. Embora a sua utilização seja cada vez mais comum, poucos trabalhos a respeito de PTS foram realizados. Dessa forma, torna-se importante a realização de estudos que apresentem informações que sejam relevantes para o armazenamento e processamento desse produto. O presente trabalho objetiva: (i) estudar os efeitos da variação de parâmetros de secagem (temperatura e velocidade do ar e altura de produto) no comportamento de duas PTS; (ii) determinar as isotermas de sorção e, a partir das equações de sorção obtidas, calcular as principais propriedades termodinâmicas do produto; (iii) determinar a temperatura de transição vítrea do produto. Foram estudados dois tipos de PTS, que diferem quanto à forma e tamanho, tendo a PTS I forma de flake e PTS II forma de chunks. Foram determinadas as isotermas de sorção estáticas nas temperaturas de 10, 20, 30 e 40ºC, utilizando valores de atividade de água entre 0,10 e 0,85. Quatorze modelos foram ajustados aos dados experimentais. Houve aumento da umidade de equilíbrio com o decréscimo da temperatura para os dois produtos. Os modelos de GAB e Peleg apresentaram os melhores resultados no ajuste dos dados de sorção de PTS I e PTS II, respectivamente. As isotermas dinâmicas foram estudadas nas umidades relativas (UR) de 43, 70 e 97% a 20 e 30ºC, através do monitoramento da umidade ao longo do tempo. Observou-se que a adsorção de água por parte do produto ocorre principalmente nos primeiros dez dias para os dois produtos. Foram calculadas as propriedades termodinâmicas: entalpia diferencial, entropia diferencial e energia livre de Gibbs, a partir dos modelos de isoterma de sorção estática. A entalpia e entropia diferenciais aumentaram exponencialmente com o decréscimo da umidade de PTS I e PTS II, satisfazendo, inclusive, a teoria compensatória. A energia livre de Gibbs apontou que a sorção de água é um processo favorável para PTS I e não espontâneo para PTS II. Na secagem, foram avaliadas as curvas de secagem em diferentes condições de temperatura (90 a 130ºC) e velocidade (70 a 150 cm/s) do ar de secagem e altura da camada de produto (4 a 8 cm para PTS I e 3 a 9 para PTS II) no interior do secador. Foi observado que apenas a velocidade do ar não influencia o tempo total de secagem de PTS II, sendo que todos os fatores têm influência sobre o comportamento de secagem de PTS I. Três modelos de secagem foram ajustados, sendo o modelo de Page o que melhor ajustou os dados experimentais dos dois produtos. A análise de transição vítrea foi realizada para PTS I pelo método DSC (Differencial Scanning Calorimetry), mas não foi possível determinar a curva de transição vítrea da PTS. Os resultados obtidos servem como um ensaio preliminar para futuros trabalhos na área. CAPES e The Solae Company apóiam este trabalho.

Textured soy protein (TSP) is used as food ingredient in order to substitute or complement high cost proteins, improving final product characteristics, increasing nutritional value and reducing production costs. Although TSP has been used ordinarily, few papers about it are available in the literature and it is important to carry out studies that show relevant information about storaging and processing of this product. The aim of this work is (i) to study the variation effects of drying process parameters (temperature and velocity of the drying air and height of product) on the behavior of two different types of TSP; (ii) to obtain the sorption isotherm and calculate some thermodynamic properties of the product; (iii) to obtain the glass transition temperature of the product. Two commercial types of TSP have been studied, which difference is the shape and size of the particle. TSP I is a flake and TSP II is a chunk. Static soprtion isotherms was determined on 10, 20, 30 and 40ºC, within a range of 0,10 to 0,85 water activity. Fourteen well-known isotherm sorption’s models were applied to identify the one which fits experimental dada better. Generally, the moisture content of both products are higher at higher RH and lower temperature. GAB e Peleg model was considered the best for fitting PTS I and PTS II data respectively. Dynamic EMC were determined at 20 and 30ºC and 43, 70 and 97% of relative humidity (RH). Generally, moisture adsorption take place in the fisrt ten days of study for both products. Thermodynamic properties, such as differential enthalpy, differential entropy and Gibbs free energy, were evaluated from static sorption isotherm’s best model. Differential enthalpy and entropy raised exponentially as moisture content decreased, for PTS I and PTS II, satisfying compensation theory. Gibbs free energy states that sorption is a spontaneous process for TSP I and non-spontaneous for TSP II. Drying experiment evaluate different conditions of drying air temperature (90 to 130ºC) and velocity (70 to 150 cm/s) and height of product (4 to 8 cm for TSP I and 3 to 9 cm for TSP II) on the dryer cabinet. It was observed that only air velocity didn’t show influence on TSP II drying total time, but other factors influence drying behavior of TSP II. Three drying models were fitted, but Page’s model had the best result. Glass transition analyses were done for PTS I by DSC, but it wasn’t possibly to determine glass temperature. Results can be used as a preliminary study to another project. CAPES and The Solae Company support this project.