Estudo da transferência de massa na desidratação osmótica de banana (Musa sapientum, shum.)

Abstract

Muitos estudos têm sido realizados para melhor compreender a transferência interna de massa na desidratação osmótica de alimentos e para modelar o mecanismo do processo. A desidratação osmótica é um processo em que os alimentos são colocados em contato com soluções concentradas de sólidos solúveis que possuem maior pressão osmótica e menor atividade da água. Assim, ocorrem dois fluxos de transferência de massa em contracorrente: perda de água do alimento para a solução e transferência de soluto da solução para o alimento. A taxa de perda de água e de incorporação de solutos depende de vários fatores: concentração, composição e temperatura da solução osmótica, nível de agitação da solução, geometria e dimensão da amostra e razão mássica entre solução osmótica e produto. O objetivo deste trabalho foi modelar a cinética da difusão de água e de solutos e determinar a difusividade mássica efetiva da água, da sacarose e do NaCl, baseado na solução analítica da Segunda Lei de Fick, durante a desidratação osmótica de bananas (Musa sapientum, shum.) em diferentes concentrações de soluções ternárias de sacarose/NaCl/água e em diferentes temperaturas de processo. Para a realização de cada tratamento, a temperatura (25 - 55 °C) e as concentrações de açúcar (30 - 60 % m/m) e de sal (0 - 10 % m/m) foram determinadas através de um planejamento experimental. Bananas do tipo Prata foram cortadasem cilindros de 1,8 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento. Análises de conteúdo de umidade, teor de sacarose e teor de cloretos foram realizadas. O teor de umidade foi determinado através de um método gravimétrico da AOAC; o teor de sacarose e o teor de cloretos foram determinados através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) e condutividade elétrica, respectivamente. Como as condições de equilíbrio não são completamente alcançadas em 10 h de tratamento, o modelo de Peleg (1988) foi utilizado para predizer o ponto de equilíbrio, obtendo boa performance para perda de água e para incorporação de sacarose e NaCl. Os resultados mostraram que a perda de água é favorecida pelo aumento da concentração de sal e de açúcar e pelo aumento da temperatura. O modelo de difusão cilíndrico baseado na solução da Segunda Lei de Fick demonstrou ser adequado para determinar a difusividade efetiva da água e dos solutos em bananas. As variáveis do processo apresentaram grande influência sobre os valores de difusividade mássica efetiva. Os resultados mostraram que o emprego de soluções osmóticas ternárias aumenta a difusividade mássica efetiva da água, quando comparado com a utilização de soluções osmóticas binárias. Para as condições acima mencionadas, a difusividade mássica efetiva da água ficou na faixa de 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, a difusividade mássica efetiva da sacarose variou de 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 e a difusividade mássica efetiva do NaCl encontra-se entre 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1.

Studies have been carried out to better understand the internal mass transfer occurring during osmotic dehydration of foods and to model the mechanism of process. Osmotic dehydration is a water removal process, which is accomplished placing foods, such as fruits and vegetables, into concentrated solutions of soluble solids having higher osmotic pressure and lower water activity. The complex cellular structure of food could be considered as semi-permeable membrane and the difference in the chemical potential of water between the food and osmotic medium is the driving force for dehydration. Thus, two counter-current mass transfer flows in cell wall of the food take place: water loss from food to solution and solute gain from solution to food. The rate of water loss depends on several factors: the temperature and solution concentration, the level of agitation, the sample size and geometry and the solution to solid volume ratio. The objective of this work is to evaluate the effective diffusivities, based on the analytical solution of Fick's second law, for solvent and solutes transfer during osmotic dehydration of banana in ternary solutions of sucrose/NaCl/water at different concentrations and temperatures. In the set of experiments, the temperature (25 - 55 °C), sugar concentration (30-60 %) and salt concentration (0 - 10 %) of each run were set according to a central composite experimental planning. Bananas of the prata variety were cut in cylinders of 1.8 cm in diameter and 10 cm in length Analyses were conducted for moisture, sugar contents and salt contents. Moisture content was determined by heating in a drying oven according to an AOAC method. Sugar and salt content were determined by using HPLC and a conductivity meter, respectively. Since the experimental equilibrium conditions were not completely reached in 10 h osmosis of bananas, the Peleg's model was used to predict the equilibrium pointed out, which had a good performance for both water loss and solute uptake. The results showed that water loss increased with the increase of temperature and salt and sugar concentrations. Fick's unsteady state diffusion equation showed to be suitable to determine the mass effective diffusivity of water and solutes in bananas. Process variables, such as the concentration and temperature of the osmotic medium, showed strong effects on the mass effective diffusivities values. Results showed that the use of a ternary osmotic solution has enhanced the water effective diffusivity when compared to the use of binary osmotic solutions. For the above conditions of osmotic dehydration, the effective diffusivity of water was found to be in the ranged between 5,19 - 6,47 x 10-10 m2 s-1, the sucrose effective diffusivity between 4,27 - 6,01 x 10-10 m2 s-1 and that of NaCl between 4,32 - 5,42 x 10-10 m2 s-1.