Download - Propriedades Termofísicas e Comportamento Reológico Da Polpa de Jenipapo (Genipa Americana l.)
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA UESB
PRO-REITORIA DE PESQUISA E PS-GRADUOPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS
PROPRIEDADES TERMOFSICAS ECOMPORTAMENTO REOLGICO DA POLPA DE
JENIPAPO (Genipa americanaL.)
NORMANE MIRELE CHAVES DA SILVA
ITAPETINGA BAHIA - BRASILNOVEMBRO - 2008
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NORMANE MIRELE CHAVES DA SILVA
PROPRIEDADES TERMOFSICAS E COMPORTAMENTO REOLGICO DAPOLPA DE JENIPAPO (Genipa americanaL.)
Dissertao apresentada Universidade Estadual doSudoeste da Bahia-UESB, como parte das exigncias doPrograma de Ps-Graduao de Mestrado em Engenhariade Alimentos, rea de Concentrao em Engenharia de
Processos de Alimentos, para obteno do ttulo deMestre.
Orientadora: Prof. D.Sc. Renata Cristina Ferreira Bonomo
Co-Orientador: Prof. D.Sc. Modesto Antonio Chaves
Co-orientador: Prof. D.Sc. Paulo Bonomo
ITAPETINGA BAHIA - BRASILNOVEMBRO - 2008
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634.44S581p
Silva, Normane Mirele Chaves.Propriedades termofsicas e comportamento reolgico da polpa de jenipapo
(genipa americana l.). / Normane Mirele Chaves Silva. Itapetinga-Ba:Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia-UESB, 2008.
56p. Il.Dissertao do Programa de Ps-Graduao Strictu Senso do Curso de
Ps-graduao em Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual doSudoeste da Bahia - UESB. Sob a orientao da Prof. D.Sc. Renata CristinaFerreira Bonomo e Co-orientadores, Prof. D.Sc. Modesto Antonio Chaves eProf. D.Sc. Paulo Bonomo.
Dissertao normalizada e revisada por Rogrio Pinto de Paula CRB1746-6 Reg.
1. Engenharia de Processos de Alimentos Polpa de Jenipapo Propriedades termofsicas Reologia. 2. Frutas tropicais Jenipapo. I.Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia-UESB - Programa de Ps-
Graduao em Engenharia de Alimentos. II. Bonomo, Renata Cristina Ferreira(Orientadara). III. Chaves, Modesto Antonio (Co-orientador). IV. Bonomo,Paulo (Co-orientador). V.Ttulo.
CDD(21) 634.44
Catalogao na Fonte:
Rogrio Pinto de Paula CRB 1746-6 Reg.Diretor da Biblioteca Regina Clia Ferreira Silva BIRCEFS
Presidente do Conselho de Bibliotecas da UESBUESB Campus de Itapetinga-BA
ndice Sistemtico Para Desdobramentos Por Assunto:
1 Engenharia de Alimentos Processos Polpa de Jenipapo2 Jenipapo Propriedades termofsicas - Reologia3 Frutas tropicais Jenipapo
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA UESB
PROGRAMA DE PS-GRADUAO ENGENHARIA DE ALIMENTOS
rea de Concentrao em Engenharia de Processos de Alimentos
Campus de Itapetinga BA
TERMO DE APROVAO
Ttulo: Propriedades Termofsicas e Comportamento Reolgico da Polpa de Jenipapo(Genipa americanaL.).
Autor: Normane Mirele Chaves da Silva
Aprovada como parte das exigncias para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia de
Alimentos, rea de concentrao em Engenharia de Processos de Alimentos, pela Banca
Examinadora:
_____________________________________________Prof. D.Sc. Renata Cristina Ferreira Bonomo UESB
Presidente
_____________________________________________Prof. D.Sc. Luciano Brito Rodrigues UESB
_____________________________________________Prof. D.Sc. Edwin Elard Garcia Rojas UFF
Data da defesa: 28/11/2008
UESB Campus Juvino Oliveira, Praa Primavera n 40 Telefone: (77) 3261-8629Fax: (77) 3261-8701 Itapetinga BA CEP: 45.700-000 E-mail: [email protected]
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Para minha me Sueli,
E toda minha famlia!
DEDICO
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AGRADECIMENTOS
Agradeo primeiramente Deus, que a semente germinadora que transforma nossos
sonhos em realidade;
Profa. D.Sc. Renata Cristina Ferreira Bonomo pela orientao, dedicao, incentivo,
amizade, minha eterna gratido;
Ao Prof. Rafael Fontam, pelo empenho dispensado, e tambm conhecimento transmitido
nos momentos de dvidas;
Ao Prof. Srgio de Castro, pela disposio abrindo caminhos para realizao do
experimento;
Aos meus co-orientadores Prof. D.Sc. Paulo Bonomo e Prof. D.Sc. Modesto Antonio
Chaves pelas valiosas sugestes na elaborao da dissertao;
Ao meu namorado Lucas pelo carinho, pacincia, por est presente em minha vida nosmomentos de alegria e de incertezas me dando foras para superar os desafios;
UESB pela bolsa concedida durante o curso de Mestrado;
Vanessa e Evaldo , pela importante ajuda na parte experimental e por estarem sempre
dispostos a me ajudar;
Aos colegas e amigos do Mestrado, em especial Eliza, Ellen, Alexandra, talo, Ivan,
Calila e Gutto, pela companhia e cumplicidade.
E a todos que de alguma maneira cruzaram e colaboraram nesta minha jornada.
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De tudo ficaram trs coisas:
A certeza de que estamos sempre comeando
A certeza de que preciso continuar
E a certeza de que podemos ser interrompidos
Antes de terminar;
Fazer da interrupo um caminho novo,
Fazer da queda um passo de dana,
Do medo uma escola,
Do sonho uma ponte,
Da procura um encontro,
E assim ter valido apenas existir!
(Fernando Pessoa)
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RESUMO
SILVA, N.M.C. Propriedades Termofsicas e Comportamento Reolgico de Polpa de Jenipapo(Genipa americana L.). Itapetinga BA: UESB, 2008. (Dissertao Mestrado em Engenharia deAlimentos Engenharia de Processos de Alimentos)(1)
Neste trabalho objetivou-se determinar as propriedades termofsicas e reolgicas da polpade jenipapo. O experimento foi realizado no Mdulo de Laboratrios da Universidade Estadual doSudoeste da Bahia UESB, Campus de Itapetinga, BA. A caracterizao da polpa foi feitadeterminando-se o teor de slidos solveis, pH, acidez total, umidade, protenas, fibras e cinzas. Aspropriedades termofsicas determinadas foram: o calor especfico, a massa especfica, adifusividade trmica e a condutividade trmica. Para determinao destas propriedades foramutilizadas polpas com diferentes teores de gua, numa faixa de 76% a 94%. A influncia datemperatura nas mesmas tambm foi avaliada, sendo a faixa de temperatura de 5oC a 80 oC. Foiavaliado o efeito do teor de slidos totais e da temperatura no comportamento reolgico. Para isso,a faixa de temperatura foi de 10C 60C, e os teores de slidos totais de 6,0%, 7,5%, 9,0% e10,5%. A temperatura e o teor de gua influenciaram as propriedades termofsicas estudadas, sendoque a massa especfica diminui com a temperatura e do teor de gua. O calor especfico diminuiucom a reduo do teor de gua. A difusividade e a condutividade trmica apresentaramcomportamentos semelhantes, ambas foram proporcionais temperatura e ao teor de gua. Osmodelos de Plstico de Bingham e o de Herschel-Bulkley foram os que proporcionaram melhoresajustes aos dados experimentais. O parmetro ndice de consistncia (k), ajustado pelos modelos deHerschel-Bulkley, Casson, Mizrahi-Berk, Plstico de Bingham e Lei da Potncia no apresentouum tendncia de definida nas concentraes estudadas com ao aumento da temperatura. O efeito datemperatura sobre a viscosidade foi avaliado atravs da equao de Arrhenius. A energia deativao (Ea) diminuiu com o aumento do teor de slidos totais. O parmetro viscosidade plstica(p) ajustado no modelo de Plstico Bingham apresentou uma tendncia de decrscimo com oaumento da temperatura.
Palavras-chave: Propriedades termofsicas, Reologia, Jenipapo.
______________________________1Orientadora: Renata Cristina Ferreira Bonomo, D.Sc., UESB e Co-orientadores: Paulo Bonomo,D.Sc., UESB; Modesto Antonio Chaves, D.Sc., UESB.
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ABSTRACT
SILVA, N.M.C. Thermophysical Properties and Rheological Behavior of Genipap Pulp(Genipa americanaL.).Itapetinga BA: UESB, 2008. (Dissertation Master in Food Engineering Food Process Engineering)(1)
This work aimed to determine the thermophysical properties and the rheological behaviorof the genipap pulp. The experiment was performed in the State University of Bahia Southwest UESB, Campus of Itapetinga, BA. The characterization of the pulp consisted in determining thecontent of soluble solids, pH, total acidity, humidity, proteins, fibers and ashes. The thermophysicalproperties determined were: the specific heat, the specific weight, the diffusivity thermal, and thethermal conductivity. To determine these properties were used pulps with different water contents(76% to 94%) and different temperatures (5oC to 80 oC). The effect of total solids content (6,0%,7,5%, 9,0% and 10,5%) and temperature change (10C to 60C) in the rheological behavior wasalso evaluated. The increase of temperature and water content caused a reduction in the specificweight. Whereas the specific heat diminished with the water content decrease. The diffusivity andthe thermal conductivity presented similar behaviors with both directly proportional to temperatureand the water content. The Bingham plastic and the Herschel-Bulkley models were those whoprovided better approaches to the experimental data. The consistency index parameter (k), adjustedby the models of Herschel-Bulkley, Casson, Mizrahi-Berk, Bingham plastic and Power-Law didnot present a defined tendency in the concentrations studied with the increase of the temperature.The effect of the temperature on the viscosity was evaluated with the Arrhenius equation. TheEnergy of acceleration (Ea) diminished with the increase of the total solids content. The plasticviscosity (p) adjusted in the Bingham plastic model presented a tendency of decrease with theincrease of temperature.
Key Words: Thermophysical Properties, Rheology, Genipap.
______________________________1
Advisor: Renata Cristina Ferreira Bonomo, D.Sc., UESB e Co-advisors: Paulo Bonomo,D.Sc.,UESB; Modesto Antonio Chaves,D.Sc., UESB.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Jenipapeiro................................................................................................................... 17
Figura 2 - Jenipapo....................................................................................................................... 18
Figura 3 - Fluxograma de obteno da polpa de jenipapo............................................................ 28
Figura 4 -Desenho esquemtico do calormetro de mistura utilizado para medio do calorespecfico.....................................................................................................................
31
Figura 5 - Esquema do aparato para medio de difusividade trmica........................................ 32
Figura 6 - Remetro DVII+.......................................................................................................... 33
Figura 7 - Acessrios do remetro DVII+.................................................................................... 33
Figura 8 -Variao da densidade com a temperatura e com o teor de umidade da polpa dejenipapo........................................................................................................................
35
Figura 9 -Calor especfico da polpa de Jenipapo em funo do teor deumidade........................................................................................................................
37
Figura 10 -Variao da difusividade trmica com a temperatura e com o teor deumidade........................................................................................................................
39
Figura 11 -Variao da Condutividade trmica com a temperatura e com o teor deumidade........................................................................................................................
40
Figura 12 -
Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a
10C.............................................................................................................................. 41
Figura 13 -Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a20C..............................................................................................................................
41
Figura 14 -Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a30C..............................................................................................................................
42
Figura 15 -Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a40C..............................................................................................................................
42
Figura 16 -Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a50C..............................................................................................................................
43
Figura 17 -
Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a
60C..............................................................................................................................43
Figura 18 -Efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente calculada na taxa dedeformao de 100 s-1, segundo a equao de Arrhenius, para polpa de jenipapo nasconcentraes de 6,0% a 10,5%...................................................................................
48
Figura 19 -Efeito da temperatura sobre o parmetro P Plstico de Bingham para polpa dejenipapo nas concentraes de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais..............
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Modelos utilizados nos ajustes das curvas de escoamento.......................................... 25
Tabela 2 - Caracterizao fsico-qumica da polpa de jenipapo................................................... 34
Tabela 3 - Valores Experimentais da Densidade da Polpa de Jenipapo....................................... 35
Tabela 4 -Valores mdios do calor especfico da polpa de jenipapo em funo do teor deumidade........................................................................................................................
37
Tabela 5 -Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraesa 10C...........................................................................................................................
45
Tabela 6 -Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraesa 20C...........................................................................................................................
45
Tabela 7 -
Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraes
a 30C...........................................................................................................................46
Tabela 8 -Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraesa 40C...........................................................................................................................
46
Tabela 9 -Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraesa 50C...........................................................................................................................
47
Tabela 10 -Ajuste dos parmetros reolgicos da polpa de jenipapo nas diversas concentraesa 60C...........................................................................................................................
47
Tabela 11 -Viscosidade aparente e energia de ativao, na taxa de deformao de 100 s -1, dapolpa de jenipapo em diversas concentraes.............................................................
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LISTA DE SMBOLOS
Densidade ou Massa especfica (kg/m3)
A Densidade da amostra (kg/m3)
H2O Densidade da gua (kg/m3)
mA Massa da amostra (kg)
mH2O Massa de gua (kg)
mV Massa do picnmetro vazio (kg)
cp Calor especfico (kJ. kg-1. C-1)
cp Calor especfico da amostra (kJ. kg-1. C-1)
cpH2O Calor especfico da gua (kJ. kg-1. C-1)
Ccal Capacidade calorfica do calormetro (kJ.C-1)
T Temperatura (C)
Te Temperatura de Equilbrio (C)Ti Temperatura inicial (C)
Tw Temperatura inicial da gua (C)
Difusividade trmica (m2/s)
A Difusividade da amostra (m2/s)
A Taxa de aquecimento (C/s)
Text Temperatura externa da clula (C)
Tint Temperatura interna da clula (C)
K Condutividade Trmica (W. m-1.C-1)
Kw Condutividade Trmica da gua (W. m-1.C-1)
k ndice de consistncia (adimensional)
n ndice de comportamento do fluido (adimensional)
Viscosidade absoluta (Pa.s)
Taxa de deformao( s-1)
Tenso de cisalhamento (Pa.s)
ap Viscosidade aparente (Pa.s)
p Viscosidade plstica (Pa.s)
Eat Energia de ativao (kcal/mol)
o Tenso inicial (Pa.s)
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SUMRIO
1 INTRODUO............................................................................................................. 15
2 REVISO DE LITERATURA................................................................................... 17
2.1 Jenipapo............................................................................................................... 17
2.2 Propriedade Termofsicas.................................................................................... 18
2.2.1 Densidade ou Massa Especfica............................................................... 19
2.2.2 - Calor Especfico....................................................................................... 19
2.2.3 Difusividade Trmica............................................................................... 20
2.2.4 Condutividade Trmica............................................................................ 21
2.3 Reologia ............................................................................................................. 222.3.1 Modelos Reolgicos................................................................................. 24
2.3.2Efeito da temperatura no comportamento reolgico................................ 26
3 MATERIAL E MTODOS........................................................................................ 28
3.1 Material................................................................................................................. 28
3.2 Planejamento experimental................................................................................... 28
3.3 Caracterizao fsico-qumica............................................................................... 29
3.3.1 Teor de Umidade e slidos totais.............................................................. 29
3.3.2 pH.............................................................................................................. 29
3.3.3 Slidos solveis........................................................................................ 30
3.3.4 Acidez total titulvel................................................................................. 30
3.3.5Cinzas........................................................................................................ 30
3.3.6 Protenas.................................................................................................... 30
3.3.7 Fibras......................................................................................................... 303.4 Determinao das Propriedades Termofsicas...................................................... 30
3.4.1 Determinao da Densidade..................................................................... 30
3.4.2 Determinao do Calor Especfico........................................................... 31
3.4.3 Determinao da Difusividade Trmica................................................... 31
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3.4.4 Determinao da Condutividade Trmica................................................ 32
3.5 Determinao das Propriedades Reolgicas......................................................... 32
4 RESULTADOS E DISCUSSO................................................................................. 34
4.1 Caracterizao Fsico-Qumica............................................................................. 34
4.2 Densidade ou Massa especfica............................................................................ 34
4.3 Calor Especfico.................................................................................................... 36
4.4 Difusividade Trmica............................................................................................ 38
4.5 Condutividade Trmica......................................................................................... 39
4.6 Comportamento reolgico.................................................................................... 40
4.6.1. Polpa de Jenipapo....................................................................................... 40
4.6.2. Efeito da temperatura sobre os parmetros reolgicos............................... 48
5 CONCLUSO.............................................................................................................. 50
6 REFERNCIAS........................................................................................................... 51
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1 INTRODUO
O Brasil um pas de clima tropical, que se destaca pela sua grande biodiversidade onde se
encontram inmeras frutas com potencial de exportao no mercado internacional, devido ao seu
extico sabor e elevado valor nutricional. Sendo o terceiro maior produtor mundial de frutas
(EMBRAPA, 2005) e um dos maiores pases exportadores. A produo vendida, especialmente,
em pases da Europa e Estados Unidos. A maior parte dessas frutas apresenta qualidade sensorial
excepcional o que desperta interesse do mercado. Essas frutas tem sido alvo de pesquisas ao longo
dos anos, sendo este um ponto fundamental para que o aproveitamento tecnolgico das mesmas
seja realizado de maneira otimizada (MATTIETTO et al., 2003). Nesse grupo ressalta-se o
jenipapo (Genipa americanaL.), cuja demanda tem crescido acentuadamente.
O jenipapeiro pertence a uma famlia que ocupa o quarto lugar de todo o reino vegetal em
nmero de espcies, a famlia Rubiceae (CHIQUIERI et al.,2004). uma espcie que apresentaimportncia econmica, tanto como essncia florestal quanto como produtora de frutos utilizados
na alimentao humana (BARROS, 1970). Seus frutos so consumidos in naturaou utilizados para
a produo de doces e licores. Na Bahia, a produo de jenipapo, embora extrativista constitui-se
em uma alternativa econmica, principalmente para a agricultura familiar. Entretanto no h
uniformidade com relao produo e qualidade dos frutos, sendo esse um empecilho para a
industrializao em escala comercial.
Polpas de frutas, destinadas industrializao esto, como outros produtos alimentcios,
sujeitas a processos de aquecimento e resfriamento. Os tratamentos trmicos so necessrios para
eliminar microorganismos contaminantes, inativar enzimas e retardar processos metablicos e
microbiolgicos em condies de estocagem. Geralmente quando o alimento no consumido
imediatamente, existe a necessidade de ser processado, resfriado ou congelado para conservar suas
caractersticas (ARAJO, QUEIROZ e FIGUEIREDO, 2004).
O conhecimento das propriedades relacionadas ao material importante para o correto
dimensionamento dos equipamentos destinados a estas operaes. Os clculos nos projetos de
equipamentos aquecedores, resfriadores, evaporadores, separadores e embaladores dos produtos
so realizados a partir dos valores das propriedades termofsicas (ARAJO et al., 2004). Alm
dessas propriedades, o comportamento reolgico ocupa posio de grande destaque, sendo til nos como medida de qualidade, mas tambm em projetos, avaliao e operao dos equipamentos
(IBARZ, GONALVEZ e PLUGAS, 1996).
As medidas reolgicas so consideradas como uma ferramenta analtica por fornecer uma
introspeco da organizao estrutural dos alimentos (HOLDSWORTH, 1971), sendo os dados
reolgicos essenciais em processos, controle de qualidade, avaliaes sensoriais, estabilidade e
aceitao dos produtos pelos consumidores (ABU-JDAYIL et al.,2002; STEFFE, 1996).
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2 REVISO DE LITERATURA
2.1 Jenipapo
Existe uma variedade de frutas, que se destacam por serem amplamente cultivadas no
Brasil, exportadas e consumidas ao redor do mundo, dentre estas podemos citar a banana, goiaba e
a manga. Entretanto h uma srie de frutas de carter regional que ainda no foram adequadamente
exploradas a despeito do seu potencial econmico, como o Jenipapo (GenipaamericanaL).
O jenipapeiro (Genipa americana L.) pertence famlia Rubiaceae, sendo considerado
uma espcie de importncia econmica, tanto como essncia florestal, quanto pela produo de
alimentos (BARROS citado por FIGUEIREDO et al., 1986). Sua distribuio geogrfica no Brasil
abrange desde Maraj at So Paulo e Mato Grosso. Fora do Brasil, sua distribuio tambm
vasta, estendendo-se do Mxico s Antilhas (GOMES, 1982).
A rvore, de 10 a 12m de altura tem caule reto em mdia de 60 centmetros de dimetro,possui copa grande e arredondada com ramos numerosos e fortes, sempre glabros, de cascas lisas,
espessas, cinzentas esverdeada e com manchas cinza mais claras (CORREA, 1969). Possuem
folhas simples, opostas, pecioladas, de 20 a 42 centmetros de comprimento por 9 a 16 centmetros
de largura, glabras em ambas as faces. Inflorescncias surgem em rcemos axilares ou terminais,
com flores hermafroditas amarelo-ouro contendo 5 ptalas (PRANCE, 1975).
Figura 1- Jenipapeiro.
Os frutos so do tipo baga subglobosa, de 8 a 10 cm de comprimento e 6 a 7 cm de
dimetro. Apresentam casca mole, parda ou pardacento-amarelada, membranosa, fina e enrugada
(CORREA, 1969). De acordo com Figueiredo et al. (1986) o dimetro do fruto pode chegar a at
8,5centmetros.
A casca e os frutos verdes contm substncias corantes violeta ou azul-escuro, denominada
genipina, isolada pela 1 vez em 1960 (ESTRELLA, 1995; PRANCE, 1975). Essa matria corante
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solvel na gua e no lcool, mas torna-se preta em contato com o ar (PRANCE, 1975).
Antigamente era usada pelos ndios para se pintarem de negro e, ainda hoje empregada na
marcao de peas de roupas, pintura de tecidos de palha e outros utenslios domsticos
(ALMEIDA, 1993).
Figura 2- Jenipapo (Genipa Americana L.)
Os frutos so comercializados em mercados locais, ou sob a forma de polpa, desidratado,
cristalizado, doce em massa, licor, etc., fabricados artesanalmente (FIGUEREDO et al., 1986 b;
SILVA et al.,1998; SANTOS 2001).
Inexistem, de igual forma, informaes sobre as propriedades termofsicas e reolgicas da
polpa de jenipapo, importantes em sistemas industriais onde se aplicam processos de aquecimento,
resfriamento.
2.2 Propriedades Termofsicas
O conhecimento das propriedades termofsicas essencial para o projeto eficiente e
econmico de operaes de processamento de alimentos envolvendo transferncia de calor. Falhas
em equipamentos ou no projeto de processos podem ser atribudas falta dessas informaes
quando da seleo inadequada de valores de propriedades termofsicas usadas na anlise inicial dossistemas em estudo (MOURA et al.,2003; INCROPERA e DEWITT 2003).
Desta forma, para as matrias-primas destinadas industrializao, que esto sujeitas aos
processos de aquecimento e resfriamento como, por exemplo a polpa de frutas, interessante que
se determinem suas propriedades termofsicas (ARAJO; QUEIROZ e FIGUEIREDO, 2004).
Portanto, necessria tanto a obteno de dados precisos de propriedades como a
condutividade trmica, a difusividade trmica e o calor especfico, quanto predio do
-
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comportamento dessas propriedades durante o processo, onde ocorrem variaes de temperatura e
composio (BRAYAN, et al.,1999).
2.2.1 Densidade ou Massa especfica
A massa especfica definida como a sua massa por unidade de volume expressa em
kg/m3 no sistema internacional de unidade. Dados sobre essa propriedade so necessrios para
projetar e avaliar equipamentos de processamento de alimentos como evaporadores, bombas, filtros
e misturadores, e servem ainda como ndice de qualidade do produto final (ALVARADO e
ROMERO 1989).
Pereira et al.(2002), avaliaram a massa especfica de polpa de aa em trs concentraes
de slidos totais (9,7%, 12% e 15,2%) e diferentes temperaturas (10C a 50C). Neste trabalho os
autores observaram um decrscimo da densidade com o aumento do teor de gua e da temperatura
da polpa e propuseram um modelo linear para representar a influncia dessas variveis.
Ramos e Ibarz (1998) trabalharam com suco e pur de frutas. Na determinao dadensidade do suco de laranja e de suco clarificado de pssego, foram utilizadas temperaturas de 0C
a 80C e concentraes de 10Brix a 60Brix. Na determinao da densidade de purs de ma e
marmelo, a faixa de temperatura trabalhada tambm foi de 0C, porm com uma concentrao fixa
de 12,3Brix. A temperatura em todos os modelos ajustados apresentou efeito sobre a massa
especfica, tanto para os sucos como para os purs, enquanto que para concentrao de slidos nos
sucos verificou-se o efeito quadrtico nos modelos ajustados.
A determinao da densidade pelo mtodo picnomtrico tem sido realizada por vrios
autores, como Lima et al. (2003) para polpa de umbu e Moura et al. (2005) para solues-modelo
similares a sucos, onde o clculo da densidade realizado utilizando-se a Equao 1.
(1)
Onde: A a massa especfica da amostra (kg/m3) a uma dada temperatura, H2O a massa
especfica da gua (kg/m3) na mesma temperatura, mA a massa (kg) do picnmetro cheio da
amostra, mH2O a massa do picnmetro (kg) cheio de gua e mV a massa do picnmetro (kg)
vazio.
2.2.2 Calor especfico
O calor especfico definido como a quantidade de energia necessria para alterar em uma
unidade a temperatura de uma massa unitria de um material qualquer. Portanto, conhecer o calor
especfico importante para determinar a quantidade de energia que se deve adicionar ou remover
no processamento, dando uma indicao do gasto energtico, o que num processo contnuo, tender
)(
)(.
22
VOH
VAOHA mm
mm
=
-
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a influenciar o tamanho do equipamento. O calor especfico dos alimentos afetado
significantemente pela quantidade de gua e pelo estado fsico da mesma. Os alimentos congelados
com alto teor de gua, por exemplo, podem ter valores para o calor especfico aproximadamente
iguais a metade dos correspondentes em seu estado fresco (LEWIS, 1993).
Para se determinar o calor especfico o mtodo do calormetro de mistura simples e
bastante utilizado, como pelos autores VIEIRA (1996) para o suco de laranja; JHA e PRASAD
(1993), em nozes; HENSE (1990) para fil de cao e SHARMA e TOMPSON (1973), para gros
de sorgo.
Neste mtodo utiliza-se um recipiente isolado, de capacidade calorfica conhecida,
preenchido com um lquido inerte. O clculo do calor especfico feito atravs de um balano
global de energia em um sistema isolado termicamente (Equao 2).
(2)
Onde: cpA o calor especfico da amostra (kJkg-1
C-1), cpH2O o calor especfico da gua (kJkg-
1C-1), Ccal a capacidade calorfica do calormetro (kJC
-1), mA a massa de amostra (kg), mH2O
a massa de gua adicionada (kg), Te a temperatura de equilbrio (C), Ti a temperatura inicial da
amostra e do calormetro (C) e Tw a temperatura inicial da gua).
O calor especfico dos alimentos vem sendo determinado por autores como SIMES
(1997), que determinou o calor especfico da polpa de manga e encontrou valores iguais a
2,25kJ/kgC para a polpa concentrada, 2,36 kJ/kgC para a polpa integral e 2,49 kJ/kgC para polpa
peneirada. ALVARADO E ROMERO (1989) obtiveram para o suco de melancia, com umidade de
92,6% temperatura de 18C, um calor especfico de 1,97 kJ/kgC.
MUNIZ et al. (2006)estudando polpa de bacuri em diferentes concentraes verificaram
que o calor especfico diminuiu com o aumento do teor de slidos solveis e a dependncia com
essa varivel pode ser representada por uma relao do tipo quadrtica. O valor mdio do calor
especfico entre todas as concentraes foi de 3,19 kJ/kgoC.
LIMA et al. (2003) determinaram as propriedades termofsicas de polpa de umbu com
diferentes teores de slidos, e constataram que o calor especfico diminuiu com o aumento do teor
de slidos solveis totais, variando de 3,2 a 3,7 kJ/kgC.
2.2.3 Difusividade trmica
A difusividade trmica mede a capacidade de um material de conduzir energia trmica em
relao sua capacidade de armazen-la. Materiais com elevados valores de difusividade
respondero rapidamente a mudanas nas condies trmicas impostas a ele. Caso contrrio
( ) ( )
( )2 2p H O H O e w ca l e i
p AA e i
c m T T C T T c
m T T
+ =
-
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responder lentamente, necessitando de um tempo maior para atingir uma nova condio de
equilbrio (INCROPERA e DEWITT, 2003).
A difusividade trmica vem sendo determinada por vrios autores atravs de um mtodo
proposto por DICKERSON (1965). Entre estes citamos MOURA et al. (2003), ao trabalharem com
solues modelo similares a sucos de frutas, constataram que a difusividade trmica diminuiu com
o aumento da concentrao, verificando que para teores de slidos totais entre 7,30% e 15,52%
foram obtidos valores de difusividade trmica entre 1,43x10-7m2/s e 0,8010-7 m2/s,
respectivamente. AZOUBEL et al. (2005), ao trabalharem com suco de caju nas concentraes de
5,5 Brix a 25Brix, igualmente constataram que a difusividade trmica decresce com o aumento
dos slidos solveis totais das amostras.
O aparato proposto por DICKERSON (1965) para medir a difusividade trmica consiste de
um banho de gua com agitao e um cilindro metlico de ao inox imerso contendo a amostra. Ao
cilindro de alta condutividade trmica e extremidades isoladas esto acoplados termopares para o
acompanhamento das temperaturas, um inserido na superfcie externa e outro internamente, nocentro da seo cilndrica. Durante o decorrer do ensaio, so colhidos apenas dados de tempo-
temperatura at que se atinja uma taxa constante de aumento de temperatura nos dois termopares.
A difusividade trmica ento determinada utilizando-se a Equao 3 proposta por
DICKERSON (1965):
(3)
Onde: A a difusividade trmica da amostra (m2/s),A a taxa de aquecimento do banho (C/s),R
o raio da clula (m) e (TEXT TINT) a diferena entre a temperatura externa e a temperatura
interna da clula (C).
2.2.4 Condutividade trmica
A condutividadetrmica definida como a constante de proporcionalidade que relaciona a
taxa de transferncia de calor por um material com a rea de transferncia de calor e a variao de
temperatura com a distncia no material (INCROPERA e DE WITT 2003), podendo ser entendidacomo a capacidade de um material em conduzir calor (ARAJO et al. 2004). Nos alimentos, a
condutividade trmica depende principalmente da composio, mas tambm da presena de
espaos vazios e de sua homogeneidade (SILVA 1997).
Uma vez determinados os valores para a difusividade trmica, o calor especfico e a massa
especfica de uma amostra a uma dada temperatura, a condutividade trmica pode ser estimada pela
Equao 4 (INCROPERA e DEWITT 2003):
).(4
. 2
INTEXTA TT
RA
=
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A A A p Ak c = (4)
Onde: kA a condutividade trmica da amostra (Wm-1
C-1).
SHAMSUDIN et al. (2004) avaliaram o efeito da temperatura nas propriedades
termofsicas de suco de goiaba, constataram que a condutividade trmica no foi influenciada comvariao da temperatura. KUROZAWA et al. (2008) determinaram a condutividade trmica do
mamo e do caju em funo da temperatura, e verificaram o aumento da condutividade trmica
com aumento da temperatura e do teor de umidade. Para determinao experimental, foi utilizado o
mtodo da sonda, em regime transiente.
2.3 Reologia
Reologia a cincia que estuda a deformao e o escoamento de materiais, ou seja, o modo
como os materiais respondem aplicao de uma tenso ou deformao. O estudo das propriedades
reolgicas de alimentos importante para o projeto de tubulaes e equipamentos, no controle de
qualidade, alm de proporcionar um melhor entendimento do comportamento estrutural dos
produtos (BARNES et al., 1989; STEFFE, 1996). De acordo com SHARMA et al., (2000) a
reologia desempenha papel fundamental no desenvolvimento, fabricao e processamento de
produtos alimentcios.
Os fluidos so classificados de acordo com seu comportamento reolgico por meio da
anlise da relao entre a tenso de cisalhamento e a taxa de deformao para condies de
temperatura e presso estabelecidas. Reologicamente os fluidos so divididos em duas categorias:
newtonianos e no-newtonianos (CONCEIO, 1989).De acordo com CASTRO et al., (2001) os fluidos newtonianos so aqueles que apresentam
uma relao linear entre a tenso de cisalhamento e a taxa de deformao, independente da taxa de
deformao e da tenso de cisalhamento inicial.
A Equao 5 a representao matemtica do comportamento reolgico dos fluidos
newtonianos.
(5)
onde:
tenso de cisalhamento (Pa)
viscosidade absoluta (Pa.s)
taxa de deformao (s-1)
Fluidos no newtonianos so caracterizados como todo o fluido cuja relao entre tenso
de cisalhamento e taxa de deformao no for linear e/ou no passar pela origem. Para fluidos no-
)( =
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newtonianos o termo viscosidade substitudo por apque a viscosidade aparente, e funo do
gradiente de velocidade (VIDAL et al, 2000). Equao (6)
(6)
onde:
ap -viscosidade aparente (Pa.s)
tenso de cisalhamento (Pa)
taxa de deformao (s-1)
n ndice de comportamento ( 1n )
Segundo RAO e RIZVI (1986) os fluidos no-newtonianos podem ser dependentes ou
independentes do tempo. Quando a temperatura e a composio so constantes, a viscosidade
aparente depende apenas da taxa de deformao ou da tenso de cisalhamento.
Os fluidos no-newtonianos independentes do tempo podem ser do tipo: pseudoplsticos,
dilatantes e plstico de Bingham. Alguns exemplos de fluidos pseudoplsticos so: sucos de frutas
concentrados e pastas de amido (RHA, 1978). J o comportamento dilatante encontrado em
fluidos que contm uma alta proporo de partculas rgidas insolveis em suspenso (BOURNE,
1982). Alguns tipos de mel e suspenses de amido se enquadram nessa categoria (SHARMA et al.,
2000; STEFFE, 1996).
Segundo MCCLEMENTS (2005), o fluido de Bingham se comporta como um slido sobcondies estticas. Uma quantidade de fora deve ser aplicada antes que o fluxo seja induzido
(tenso inicial). Alguns exemplos de fluidos alimentcios que apresentam esse comportamento so:
molhos de tomate, maionese, clara de ovo batida e margarina (BOURNE, 1982).
Os fluidos dependentes do tempo podem ser do tipo tixotrpicos e reopticos. Um fluido
tixotrpico aquele no qual a viscosidade aparente diminui com o tempo quando o fluido
submetido a uma taxa de cisalhamento constante. Exemplos desse fluido so gelatinas, cremes,
manteigas, molhos para saladas, entre outros (SHARMA et al.,2000).
Em fluidos reopticos a viscosidade aparente do fluido aumenta com o tempo quando
sujeito a uma taxa constante de cisalhamento. Este tipo de comportamento no comum em
alimentos, mas pode ocorrer em solues de amido altamente concentradas (SHARMA et al.,
2000).
O comportamento reolgico de alimentos vem sendo estudado por vrios autores como,
HAMINIUK et al (2005), que avaliou o comportamento reolgico de amora-preta na faixa de 10C
a 60C, constatando um comportamento pseudoplstico para esse fluido. Constatou-se que o
n
ap )( =
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aumento da temperatura provocou uma diminuio na viscosidade aparente e coeficiente de
consistncia, conforme esperado para polpa de fruta. O mesmo comportamento foi encontrado por
GUERRERO e ALZAMORA (1997) ao avaliar o comportamento reolgico de pur de banana.
SILVA et al.,(2005) determinaram o comportamento reolgico do suco industrializado de
acerola, em concentraes de slidos solveis de 4Brix a 16Brix e no intervalo de temperatura de
5C a 85C. Os autores verificaram que esse suco apresentou um comportamento pseudoplstico, e
a viscosidade aparente diminuiu com a reduo do teor de slidos e aumento da temperatura.
PELEGRINE et al., (2000), no estudo da viscosidade aparente das polpas de manga e
abacaxi, avaliaram o comportamento reolgico das polpas integrais e centrifugadas temperatura
de 30 C. Eles observaram um comportamento pseudoplstico para todas as polpas, sendo a
pseudoplasticidade maior para as polpas integrais. O modelo de Mizrahi e Berk foi o que melhor se
ajustou aos dados obtidos.
VIDAL e GASPARETO (2000) tambm analisaram o comportamento reolgico da polpa
de manga e a influncia dos slidos insolveis com peneiramento em diferentes malhas e no sucocentrifugado, observando tambm um comportamento pseudoplstico para a polpa de manga. O
mesmo resultado foi verificado por Vidal et al. (2004) num estudo do efeito da temperatura no
comportamento reolgico da polpa de manga, nas temperaturas de 10C a 60 C. Foi observado que
a viscosidade diminuiu com a temperatura at 40 C e para as temperaturas de 50C e 60 C
ocorreu um aumento da mesma.
BRANCO e GASPARETTO (2003) aplicaram a metodologia da superfcie de resposta
para o estudo do efeito da temperatura sobre o comportamento reolgico de misturas ternrias de
polpa de manga e sucos de laranja e cenoura, nas temperaturas de 10C e 60 C. O modelo de
Ostwald-de-Waele ajustou adequadamente, explicando o comportamento reolgico. Todas as
formulaes estudadas, independentemente da temperatura, apresentaram comportamento
pseudoplstico. Dando continuidade a esse trabalho, BRANCO e GASPARETO (2005) estudaram
o comportamento da mistura a 60 C utilizando o modelo de Casson. Os parmetros reolgicos
tenso inicial e viscosidade plstica aumentaram com a frao de manga e reduziram com o
aumento da frao de suco de laranja e de cenoura.
MAGERRAMOV et al., (2006) avaliaram o efeito da temperatura e da concentrao na
viscosidade de suco de tangerina e limo num intervalo de 15C a 40 Brix e 17C a 45 Brix para
os sucos de tangerina e limo, respectivamente, e verificaram um decrscimo da viscosidade com oaumento da temperatura e aumento a viscosidade para um aumento da concentrao de slidos.
2.3.1 Modelos reolgicos
Os modelos reolgicos so usados para uma melhor descrio do comportamento dos
fluidos, permitindo relacionar as propriedades reolgicas com outras grandezas, como
concentrao, temperatura e ndice de maturao. O conhecimento destas grandezas
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indispensvel no controle em linhas de produo, no projeto e dimensionamento dos processos
(BRANCO, 1995).
Na literatura existem muitos modelos reolgicos propostos. A escolha do tipo do modelo a
ser utilizado uma funo das caractersticas do fluido (RAO e ANANTHESWARAM, 1982). Os
modelos mais comumente utilizados so: Ostwald-de-Waelle, Bingham, Herschel-Bulkley, Casson
e Mizrahi e Berk. Representados na Tabela 1.
Tabela 1-Modelos reolgicos utilizados nos ajuste das curvas de escoamento.
Modelos Equao Parmetros
Ostwald-de-Waelle = k()n klpn
Herschel-Bulkley = o+ kH()n khb
no(Pa.s)
Casson 0,5= koc+ kc()0,5 koc
kcMizrahi-Berk 0,5= koH+ kM()n kohn
kMPlstico de Bingham = o+ p. p
o*onde a tenso de cisalhamento; a taxa de deformao; klp, khb, kmbe kcso os ndices de consistncia;K0,hb, K0,mb e K0,c so constantes dos modelos e nlp, nhbe nmbso os ndices de comportamento reolgico.
O modelo de Ostwald-de-Waele, tambm conhecido como Lei da Potncia bastante
utilizado para descrever o comportamento de alimentos devido a sua simplicidade e ampla
aplicabilidade (BRANCO 2001). Segundo MACHADO (1996) o parmetro reolgico do modelo
da lei da potncia ndice do comportamento do fluido (n) uma grandeza adimensional e indica
fisicamente, o afastamento do fluido considerado do modelo newtoniano; e o ndice de consistncia
(k) indica o grau de resistncia do fluido diante do escoamento, ou seja, quanto maior o valor de k
mais consistente o fluido ser.
Segundo NAVARRO (1997), atravs do modelo de Ostwald-de-Waelle observa-se que a
equao se reduz ao modelo de Newton quando o ndice de comportamento do fluido n = 1. Como
o ndice de consistncia (K) no varia com a tenso de cisalhamento nem com a taxa de
deformao, o ndice n que far a distino entre os comportamentos dos fluidos e, desta maneira,
quanto mais distante o n do fluido estiver do valor unitrio, mais distante tambm o fluido estar docomportamento newtoniano.
Para n > 1, o fluido dilatante;
Para n = 1, o fluido newtoniano;
Para n < 1, o fluido pseudoplstico.
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TORALLES et al.(2006)estudaram o efeito da temperatura (10-55C) e da concentrao
(12Brix a 32Brix) na reologia do pur homogeneizado de pssego, e o modelo da Lei da Potncia
descreveu adequadamente o comportamento reolgico do fluido.
Os modelos de Herschel-Bulkley e de Plstico de Bingham so usados para fluidos que s
iniciam o processo de escoamento quando a tenso de cisalhamento aplicada supera uma tenso
inicial que prpria do material (VIDAL, 2000). Segundo STEFFE (1996) pasta de tomate um
tipo de fluido de Binhgam.
SATO (2007) avaliou a influncia da temperatura no comportamento reolgico da polpa de
jabuticaba, e o modelo de Herschel-Bulkley foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais,
no qual se observou a reduo do ndice de consistncia (k) e um leve aumento do ndice de
comportamento de escoamento (n) com o aumento da temperatura. HAMINIUK et al. (2005)
avaliaram o efeito da temperatura no comportamento reolgico de polpa de amora preta, os dados
experimentais foram adequadamente descritos pelo modelo de Herschel-Bulkley e exibiu
comportamento pseudoplstico.O modelo de Casson tem sido utilizado na estimativa da tenso inicial em alimentos
(VITALI e RAO, 1984), RAO et al. (1981) estudando concentrados de tomate, mostraram que o
modelo de Casson no se ajustou bem os dados experimentais em baixas taxas de deformao,
enquanto VITALI e RAO (1982) encontraram um bom ajuste do modelo de Casson aos dados
experimentais para pur de goiaba. VIDAL (1996) tambm utilizou o modelo de Casson para
descreveu o comportamento da polpa de manga integral, filtrada e centrifugada.
Mizhari e Berk (1972) mostraram que o modelo de Casson no se adaptava a baixos
valores de taxa de deformao para o suco de laranja concentrado. Dessa forma, o modelo de
Mizhari e Berk surgiu como uma modificao do modelo de Casson, tendo sido criado para ser
utilizado no estudo do escoamento de suco de laranja concentrado e suspenses de partculas
interagindo entre si em um meio pseudoplstico.
FERREIRA et al,(2002) avaliaram o efeito da temperatura no comportamento reolgico de
polpa de goiaba, e constataram que o modelo de Mizhari e Berk foi o que se apresentou satisfatrio
na descrio do comportamento reolgico dessa polpa.
2.3.2 Efeito da temperatura sobre o comportamento reolgico
A temperatura um dos fatores que mais afeta a viscosidade das polpas de frutas, pois a
maioria destas apresenta-se na forma de slidos dispersos em meios lquidos. Um aumento da
temperatura neste caso faz com que a viscosidade da fase lquida diminua, aumentando o
movimento das partculas em suspenso, causando um decrscimo na viscosidade da polpa
(PELEGRINE, 1999).Segundo KROKIDA et al. (2001), a temperatura tem um maior efeito no
ndice de consistncia (K) em fluidos alimentcios no-newtonianos, do que no ndice de
comportamento (n).
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O efeito da temperatura na viscosidade aparente de fluidos alimentcios, a uma taxa de
cisalhamento constante, pode ser descrita pela equao de Arrhenius (RAO & TATTIYAKUL,
1999), na qual a viscosidade aparente diminui em uma funo exponencial com o aumento da
temperatura. A equao de Arrhenius apresentada na equao 7 (STEFFE, 1996).
(7)onde:
T- temperatura absoluta (C)
R- constante universal dos gases
Eat- energia de ativao para viscosidade
o -fator pr-exponencial
A Equao (7) indica a tendncia geral observada de uma diminuio da viscosidade
aparente com o aumento da temperatura. Em geral, uma alta energia de ativao de fluxo implica
que pequenas variaes de temperatura so necessrias para modificar rapidamente a viscosidade
(STEFFE,1996).
TORALLES et al, (2006) avaliaram a reologia de pur homogeneizado de pssego: efeito
da temperatura e concentrao, e verificaram que a viscosidade aparente e k P (ndice de
consistncia), do pur homogeneizado de pssego, aumentaram ligeiramente nas concentraes
mais altas e diminuram nas temperaturas mais baixas. A dependncia de temperatura foi
adequadamente descrita pela lei de Arrhenius.
SATO (2007) avaliou a influncia da temperatura no comportamento reolgico da polpa de
jabuticaba, e observou a reduo do ndice de consistncia (k) e um pequeno aumento do ndice de
comportamento de escoamento (n) com o aumento da temperatura.
=
RTEat
oap exp
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3 MATERIAL E MTODOS
3.1 Material
Os jenipapos, adquiridos na regio Sudoeste da Bahia, foram selecionados quanto s
caractersticas polpa firme e ausncia de manchas escuras. A etapa experimental de determinao
das propriedades termofsicas e reolgicas foi realizada no Laboratrio de Engenharia e Processos
e no Laboratrio de Ensaios de Materiais e Projetos Agroindustriais da Universidade Estadual do
Sudoeste da Bahia, campus de Itapetinga. As anlises da caracterizao fsico-qumica foram
desenvolvidas no Laboratrio de Forragem e Cultura, desta mesma instituio. Todos os reagentes
necessrios s anlises fsico-qumicas foram de grau analtico. A polpa de jenipapo foi obtida da
forma descrita no fluxograma a seguir (Figura 3).
Figura 3-Fluxograma de obteno da polpa de jenipapo
3.2 Planejamento experimental e anlises estatsticas
Para determinao das propriedades termofsicas foi realizado um experimento em
esquema fatorial 6X7, sendo as temperaturas de 5C, 20C, 35C, 50C, 65C e 80C e os teores de
gua de 76%, 79%, 82%, 85%, 88%, 81% e 94%, no delineamento inteiramente casualizados. Para
Seleo manual e visual
Lavagem com gua corrente
Despolpamento
Congelamento
Armazenamento
Embalagem
Desinfeco com gua clorada(5ppm)
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variao do contedo de gua, a polpa inicialmente com 76% de umidade foi diluda com gua
destilada at que atingisse a umidade desejada, e essa era verificada atravs da determinao de
umidade pelo analisador de umidade por Infravermelho (IV 2000), marca GEHAKA.
Os resultados referentes s propriedades termofsicas foram submetidos anlise de
regresso mltipla, quando foram avaliados diversos modelos polinomiais. O modelo escolhido foi
aquele que apresentou os parmetros significativos a 5% de probabilidade, utilizando-se como
critrios auxiliares o coeficiente de determinao e a concordncia com o fenmeno estudado. Para
realizao das anlises utilizou-se o pacote estatstico SAEG (RIBEIRO Jr., 2001).
Para a determinao das propriedades reolgicas da polpa de jenipapo, foi adotado um
esquema fatorial 6X4, sendo as temperaturas de 10C, 20C,30C, 40C, 50C e 60C e os teores
de slidos totais de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais, instalado no delineamento
inteiramente casualizados. Para variao do teor de slidos totais, a polpa inicialmente com 24% de
slidos totais foi diluda com gua destilada at que atingisse os slidos totais desejados, para essa
verificao, tambm foi utilizado o Infravermelho (IV 2000), marca GEHAKA .Em relao s propriedades reolgicas foram avaliadas os modelos de regresso no-
lineares de Casson, Ostwald-De-Waele (Lei da Potncia), Mizrahi-Berk, Herschel-Bulkley e
Plstico de Bingham. O modelo adequado foi obtido observando-se o coeficiente de determinao,
anlise de resduo e a concordncia com o fenmeno estudado. Os modelos foram avaliados e os
respectivos grficos construdos utilizando-se o software do SIGMAPLOT 8.0.
3.3 Caracterizao fsico-qumica.
Inicialmente foram realizadas anlises fsico-qumicas das polpas in natura de jenipapo.
Para tanto foram utilizados frutos, no mesmo estgio de maturao, com as anlises realizadas em
triplicata. Todas as anlises realizadas seguiram as normas do Instituto ADOLFO LUTZ (1985), da
AOAC (1996) ou segundo NIELSEN (1998).
3.3.1 Teor de umidade e slidos totais
Determinou-se os slidos totais e a umidade pelo mtodo descrito pelo INSTITUTO
ADOLFO LUTZ (1985), sendo os resultados expressos em percentagem (%).
3.3.2 pHO pH foi determinado utilizando-se um potencimetro de bancada (Marca Quimis-
Modelo, Brasil e preciso de 2%), devidamente calibrado, usando-se o mtodo do Instituto Adolfo
Lutz (1976), no4.7.2.
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3.3.3 Slidos solveis totais (Brix)
O Brix foi determinado pelo mtodo refratomtrico proposto pela AOAC (1990). Uma
alquota da amostra diluda e triturada foi colocada sobre o prisma de um refratmetro porttil
ATAGO com escala 0 Brix a 32 Brix e preciso de 0,2%, procedendo-se leitura direta do ndice
refratomtrico.
3.3.4 Acidez total titulvel
A acidez das amostras foi determinada atravs de titulao com NaOH 0,1N, com
fenolftalena 1% (em etanol) como indicador, expresso em % de cido ctrico (massa por volume,
em base mida).
3.3.5 Cinzas
As cinzas foram determinadas utilizando-se a metodologia descrita pela AOAC (1997), e
os valores expressos em percentagem (%).
3.3.6 Protenas
As protenas foram determinadas pelo mtodo de Kjeldahl, atravs da determinao do
nitrognio total da amostra (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985).
3.3.7 Fibras
Pelo mtodo de determinao de fibras em detergente neutro determinou-se celulose,
hemicelulose e lignina, que so fibras insolveis, ou seja, fibra bruta CECCHI (1999).
3.4 Determinao das Propriedades Termofsicas
3.4.1 Determinao da densidade
A determinao da massa especfica foi feita por meio do mtodo picnomtrico, em
triplicata. Para cada temperatura de interesse (mantida constante utilizando-se um banho
termosttico, (Marca Quimis Modelo So Paulo, Brasil e preciso de 0,1C), o picnmetro de
25ml, lavado e seco foi pesado vazio em uma balana analtica, e sua massa devidamenteregistrada. Em seguida, o picnmetro foi preenchido com gua destilada na temperatura de
trabalho, e sua massa medida, obtendo dessa forma o volume exato do picnmetro (calibrao). Em
seguida, o mesmo era limpo como mencionado anteriormente e preenchido com a amostra na
concentrao e temperatura de interesse e pesado em uma balana analtica, com sua massa
devidamente registrada. O valor da massa especfica para a amostra dado ento pela Equao 1.
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3.4.2 Determinao do calor especfico
O calor especfico das amostras foi determinado utilizando-se o mtodo do calormetro de
mistura. O calormetro de mistura utilizado constitudo por uma garrafa trmica isolada
termicamente, com um termopar para medies e preenchido com gua a uma dada temperatura,
quando uma amostra de 45g da polpa contida em um saco de polietileno selado era inserido no
calormetro (Figura 4). Aguardou-se o tempo suficiente para que o sistema atingisse o equilbrio.
Com as informaes obtidas pde-se calcular o valor do calor especfico pela Equao 2.
Figura 4- Desenho esquemtico do calormetro de mistura utilizado para medio do calor especfico.
3.4.3 Determinao da difusividade trmica
Para determinao experimental da difusividade trmica, utilizou-se a metodologia proposta
por DICKERSON (1965). O aparato utilizado consistiu em um cilindro de ao inoxidvel (3,8 cm
de dimetro, 25,5 cm de altura e 1,0 mm de espessura) isolado termicamente nas extremidades,
com dois termopares acoplados,sendo um na sua superfcie externa e o outro disposto no plano
central da mesma.
O cilindro foi totalmente preenchido com a amostra, e ento mergulhado em um banho
trmico cinemtico, marca Marconi e preciso de 0,1C, a uma temperatura de 5C, aguardava-se
que o equilbrio trmico entre a clula e o banho seja alcanado. Nesse momento inicia-se o
aquecimento no banho at que a temperatura interna da cpsula chegasse a aproximadamente 80C.
Foram registrados os valores da temperatura dos dois termopares, em intervalos de 2 minutos at o
fim do experimento (Figura 5). Calcula-se ento a difusividade trmica para a amostra dentro da
cpsula pela Equao 3.
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TERMOPARES
Figura 5- Esquema do aparato para medio de difusividade trmica.
3.4.4 Determinao da condutividade trmica
Uma vez determinados os valores para a difusividade trmica, o calor especfico e a massa
especfica das amostras a uma dada temperatura, a condutividade trmica pode ser determinada
pela Equao 4.
3.5 Determinao das propriedades reolgicasAs medidas reolgicas foram realizadas em um remetro Brookfield modelo DVII+,
utilizando rotor (spindle) SC4-34 com adaptador para pequena quantidade de amostra (Brookfield
Engineering Laboratories, Massachussets, EUA). A Figura 6 mostra o remetro utilizado neste
trabalho e a Figura 7 os acessrios.
Um banho termosttico Brookfield TC-500 e preciso de 0,1C (Brookfield Engineering
Laboratories, Massachussets, EUA), foi utilizado para ajustar a temperatura das amostras da polpa
de jenipapo, na faixa de temperatura de 10 a 60C.
Para a realizao das anlises reolgicas, foi utilizado para cada medida 11 ml de amostra.
Variou-se a velocidade angular de 5,0 a 200 rpm no intervalo de 5 rpm, permanecendo durante 5
segundos em cada velocidade com controle de temperatura. Para cada velocidade angular
selecionada, o equipamento determinou a viscosidade, a taxa de deformao e a tenso de
cisalhamento correspondente, utilizando o programa computacional Rheocalc (verso V2.3,
Brookfield Engineering Laboratories, EUA).
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Com os dados experimentais de tenso de cisalhamento e taxa de deformao obtida no
remetro, foram feitos ajustes dos modelos reolgicos de Mizrahi-Berk, Casson, Lei da Potncia e
Hershel-Bulkley e Plstico de Bingham, para a obteno dos parmetros dos modelos e
conseqente escolha do modelo que melhor descreve o comportamento reolgico de polpa de
jenipapo.
Figura 6- Remetro DV-II+ Figura 7-Acessrios do Remetro DV-II+
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4 RESULTADOS E DISCUSSO
4.1 Caracterizao Fsico-QumicaNa Tabela 2 esto apresentados os resultados referentes caracterizao fsico-qumica da
polpa de jenipapo.
Tabela 2- Caracterizao fsico-qumica da polpa de jenipapo.
*Percentagem em massa / massa
O valor encontrado para o teor de umidade 74% prximo ao encontrado por
NASCIMENTO (2005) e SANTOS (2001) 74% e 73,8% respectivamente. Com relao ao pH o
valor encontrado neste trabalho prximo ao encontrado por FONSECA et al. (2003) de 3,52, o
valor obtido vm confirmar que a polpa de jenipapo bastante cida. O teor de slidos solveis,
17,00 Brix foi similar ao determinado por SANTOS (2001) e superior citado por FIGUEREDO
(1984).Esse valor elevado quando comparado com frutas tropicais (abacaxi, acerola, caj entreoutras). Os valores encontrados para cinzas e protenas so superiores dos encontrados por
ANDRADE (2000) 1,03% e 0,72 % respectivamente. O teor de fibra encontrado (4,86 %),
assemelha-se aos da pra, do jambo e das goiabas branca e vermelha, todas as frutas com alto teor
de fibras (TACO, 2008).
4.2 Densidade ou massa especfica
Os resultados experimentais da massa especfica da polpa de jenipapo para as temperaturas
e teores de umidade so apresentados na Tabela 3. Verificou-se que, a massa especfica diminui
com o aumento da temperatura e com o teor de gua. Este comportamento tambm foi observado
por outros autores que trabalharam com derivados de frutas, como suco de ma (CEPEDA e
VILLARN 1999); suco e pur de pssego (RAMOS e IBARZ 1998); suco de amora (CABRAL
2007).
Anlises Resultados
pH 3,43 0,06
Slidos Solveis (expressos em oBrix) 17,00 0,00
Acidez Titulvel Total (%, de cido ctrico) 1,04 0,01
Umidade (%)* 74,5 0,98
Protenas (%) (m/m)* 0,310,05
Fibras (%)* 4,86 0,89
Cinzas (%)* 2,33 0,06
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Tabela 3-Valores experimentais da massa especfica da polpa de jenipapo.
Teor de gua (%) 94 91 88 85 82 79 76
T (oC) Massa Especfica ( kg/m3)
5 1020,69 1033,67 1043,03 1052,62 1067,60 1080,98 1092,2620 1017,80 1032,01 1041,34 1045,48 1054,86 1071,81 1084,16
35 1010,73 1015,23 1025,17 1031,25 1034,96 1059,81 1081,08
50 996,69 1003,18 1013,68 1014,57 1028,94 1054,99 1063,82
65 986,35 993,83 1007,96 1012,40 1026,31 1036,13 1040,40
80 976,13 979,86 991,57 996,81 1022,15 1032,60 1032,60
A equao 8 foi a que melhor representou a relao entre a densidade, o teor de gua e a
temperatura para a polpa de jenipapo.
=1369,42 0,710276 T - 3,6247 Xa R2=0,96 (8)
Onde: a densidade em kg/m3, T a temperatura em C e Xa teor de gua em %.
Na Figura 8 tem-se a representao grfica da massa especfica em funo da temperatura e
da umidade. Observa-se a dependncia da massa especfica com essas duas variveis. Este
comportamento tambm mencionado por autores que trabalharam com derivados de frutas, como
suco de ma (CEPEDA e VILLARN, 1999), suco e pur de pssego (RAMOS e IBARZ, 1998),
e para polpa de aa (PEREIRA et al, 2002).
TELIS-ROMERO et. al. (1998) para o suco de laranja brasileira, afirmaram que a gua
exerce maior influncia na massa especfica que a temperatura. Segundo LEWIS (1993) a adio
de qualquer slido, exceto gorduras na gua aumentar sua massa especfica. Esta afirmao est
de acordo com o encontrado neste trabalho, uma vez que houve um aumento da massa especfica
com a reduo do teor de gua e conseqente aumento do teor de slidos.
Na Figura 8, observa-se tambm uma reduo significativa da massa especfica com o
aumento da temperatura, isso pode ser atribudo a expanso trmica que ocorre com as polpas defrutas quando so aquecidas.
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Figura 8- Variao da massa especfica com a temperatura e com o teor de gua da polpa de jenipapo.
4.3 Calor especfico
De acordo com os valores mdios experimentais apresentados na Tabela 4, tem-se um calor
especfico mnimo de 3,26 kJ/kg 0C e mximo de 4,06 kJ/kg 0C. Nota-se que com a reduo do teor
de umidade h uma reduo do calor especfico, com o menor valor determinado para a amostra a
76% de umidade e o maior na amostra a 94%, sendo a relao entre calor especfico e o teor deumidade diretamente proporcional.Esse comportamento foi o mesmo encontrado por autores como
LIMA et al, (2003) para polpa de umbu, SIMES (1997) para polpa de manga, SILVA (1997)
para a polpa de abacaxi.
O calor especfico de sucos de frutas apresentados por CHOI e OKOS (1986), situa-se
entre 3,00 a 4,00 kJ/kg 0C. Outros pesquisadores reportam valores de calor especfico de frutas na
mesma faixa mencionada, como 3,346 kJ/kg 0C para o aa (PEREIRA , 2003), 3,616 kJ/kg 0C para
polpa de bacuri ( MUNIZ et al, 2006), 2,962 kJ/kg 0C para polpa de banana (ALVARADO, 1994),
valores bem prximo dos encontrados experimentalmente neste trabalho para polpa de jenipapo.
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Tabela 4- Valores mdios do calor especfico da polpa de jenipapo em funo do teor de umidade.
Para explicar a relao existente entre o teor de umidade e o calor especfico, foi ajustado
um modelos linear simples, que apresentou significncia dos parmetros (p
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4.4 Difusividade Trmica
A partir da anlise estatstica dos dados percebeu-se que o teor de umidade e a temperatura
tm efeito significativo (p
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Figura 10- Variao da difusividade trmica com a temperatura e com o teor de gua da polpa deJenipapo
4.5. Condutividade Trmica
A partir da anlise estatstica dos dados percebeu-se que o teor de gua e a temperatura tm
efeito significativo (p
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(1996) que determinaram a condutividade trmica de amostras de ma e tomate variando o teor de
umidade temperatura de 30C e perceberam essa mesma tendncia de acrscimo com o aumento
da frao de gua.
A temperatura tambm exerceu uma influncia direta na condutividade trmica da polpa
de jenipapo, esse resultado condiz com KUROZAWA et al. (2008) no estudo da condutividade e
difusividade trmica do mamo e do caju.
Figura 11: Variao da condutividade trmica com a temperatura e com o teor de gua para a polpa dejenipapo
4.6 Comportamento reolgico
4.6.1 Polpa de Jenipapo
Os grficos da tenso de cisalhamento em funo da taxa de deformao obtidos para a
polpa de jenipapo nas concentraes de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais e nas
temperaturas de 10C, 20C, 30C, 40C, 50C e 60C, so apresentados nas Figuras 12 a 17.
Nas Figuras 12, 14,15 e 16 dois grupos de curvas foram observados, sendo que o primeiro
grupo est situado entre as concentraes de 6,0 e 7,5% e o segundo entre as concentraes de 9,0 e
10,5%, com os valores da tenso de cisalhamento mantendo-se constante com o aumento da
temperatura nas amostras de menores teores de slidos totais.
Em todas as figuras, as curvas obtidas indicaram que a temperatura tem um efeito maior na
mudana da estrutura da polpa de jenipapo a partir das concentraes de 9,0 e 10,5%, apresentando
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algumas anormalidades nos dados de tenso de cisalhamento, ou seja, disperso dos pontos na
curva de fluxo. Observa-se na Figura 16, que houve um aumento da tenso de cisalhamento da
concentrao de 9% a 50C, quando comparada com a concentrao de 10,5%, submetidas
mesma taxa de deformao. No entanto, na Figura 17 houve uma diminuio da tenso de
cisalhamento na concentrao de 9% 60C, para essa mesma taxa.
Figura12-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 10C.
Figura 13-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 20C.
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Figura 14-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 30C.
Figura 15-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 40C.
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Figura 16-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 50C.
Figura 17-Reograma da polpa de jenipapo nas concentraes de 6%; 7,5%; 9,0% e 10,5% a 60C.
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Nas Tabelas 5 a 10 so apresentados os parmetros dos modelos reolgicos Lei da
Potncia, Herschel-Bulkley, Casson, Mizrahi-Berk e Plstico de Bingham ajustados aos dados
experimentais da polpa de jenipapo nas concentraes de 6,0%, 7,5%,9,0% e 10,5% de slidos
totais e nas temperaturas de 10C, 20C, 30C, 40C, 50C e 60C.
Dentre os modelos, utilizados para descrever o comportamento reolgico da polpa de
jenipapo, os de Plstico de Bingham e o de Herschel-Bulkley proporcionou melhores parmetros na
maior parte das faixas de temperatura e concentrao estudadas, apresentando os valores para o
coeficiente de determinao (R2) superiores a 0,90. Nas concentraes de 6,0 e 7,5%, em todas as
faixas de temperatura, todos os modelos ajustaram adequadamente os dados experimentais.
Os valores dos ndices de comportamento do fluido (n) em todas as concentraes
ajustadas pelo modelo de Lei de Potncia ficaram abaixo do valor da unidade (n1), para quase todas as temperaturas e teores de slidos totais estudadas, apenas nas
concentraes de 6,0 e 7,5% 30C, o valor ficou abaixo da unidade (n
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Tabela 5-Ajuste dos parmetros reolgicos polpa de jenipapo nas diversas concentraes a 10C
Tabela 6- Ajuste de diferentes modelos reolgicos polpa de jenipapo nas diferentesconcentraes a 20C
Modelo Parmetros 6% 7,5% 9% 10,5%
Lei da Potncia K(Pa.s )n
R2
1,180,83
0,98
2,430,60
0,96
10,860,40
0,93
33,020,23
0,71Herschel-Bulkley
K(Pa.s1)n
o(Pa.s1)
R2
0,431,053,550,99
0,271,096,850,98
0,141,3525,960,98
0,012,3054,100,94
Casson K(Pa.s1)o(Pa.s
1)R2
0,460,930,99
0,283,770,98
0,3515,740,96
0,3736,990,83
Mizrahi- Berk K(Pa.s1)o(Pa.s
1)R2
0,371,380,99
0,042,770,98
0,044,880,97
0,056,760,89
Plstico de
Bingham
p(Pa.s)o(Pa.s
1
)R2
0,55
2,960,99
0,40
6,160,99
0,63
22,180,97
0,91
45,060,88
Modelo Parmetros 6,0% 7,5% 9,0% 10,5%
Lei daPotncia
K(Pa.s1)nR2
3,280,600,98
3,600,610,96
14,020,450,93
19,920,450,87
Herschel-Bulkley
K(Pa.s1)n
o(Pa.s1)
R2
0,431,068,440,98
0,321,1511,110,98
0,121,5540,110,97
5,520,7226,650,99
Casson K(Pa.s1)o(Pa.s
1)R2
0,384,510,98
0,415,470,99
0,6117,930,99
0,8622,120,98
Mizrahi-Berk
K(Pa.s1)o
(Pa.s1)
R2
0,152,740,98
0,053,420,98
0,075,720,98
0,096,550,96
Plstico deBingham
p(Pa.s)o(Pa.s
1)
R
2
0,557,83
0,99
0,629,40
0,98
1,1429,57
0,99
1,7538,48
0,99
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4.6.2 Efeito da temperatura sobre os parmetros reolgicos
A equao de Arrhenius apresentou um bom ajuste do efeito da temperatura na viscosidade
aparente da polpa de jenipapo nas quatro concentraes estudadas a uma taxa de cisalhamento
constante de 100s-1, como pode ser visto na Figura 18. Observa-se, que a viscosidade aparente,
aumenta com o inverso da temperatura. FERREIRA et al. (2002) encontraram esta mesmatendncia estudando as propriedades reolgicas da polpa de goiaba e VIDAL (2000) estudando o
comportamento reolgico da polpa de manga (Mangfera indica L-Keitt). O decrscimo na
viscosidade aparente pode ser atribudo ao aumento das distncias intermoleculares, que ocorrem
devido expanso trmica pelo aumento da temperatura (CONSTENLA et al., 1989).
Figura 18- Efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente calculada na taxa de deformao de 100 s -1,segundo a equao de Arrhenius, para polpa de jenipapo em diversas concentraes.
De acordo com a Tabela 11, possvel observar que a polpa de jenipapo apresentou valores
de energia de ativao (Eat) bem prximos para as concentraes de 6,0 e 7,5% (4,52 kcal/gmol e
4,51 kcal/gmol, respectivamente), o mesmo ocorreu nas concentraes de 9,0 e 10,5% ( 3,34
kcal/gmol e 3,35kcal/gmol), esse comportamento est de acordo com SILVA et al. (2005), que ao
avaliar o comportamento reolgico de suco acerola concluiu que a energia de ativao tende a
diminuir com o aumento do contedo de slidos. Esses valores so superiores daqueles encontrado
por HAMINIUK (2005), no estudo do comportamento reolgico das polpas de ara e amora-preta.
Por meio da energia de ativao possvel avaliar o efeito da temperatura sobre os parmetros
reolgicos do fluido, de modo que quanto maior for o valor de Eat, maior ser a influncia da
1/T*103(K
-1)
3,0 3,2 3,4 3,6
ln
ap
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6% de slidos
7,5% de slidos9% de slidos
10,5% de slidos
Valores preditos
-
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temperatura. De acordo com STEFFE (1996), em um sistema, altos valores de E at indicam uma
mudana mais rpida na viscosidade com a temperatura.
Observa-se tambm que os valores de 0 aumentaram ligeiramente com a elevao da
concentrao de slidos totais, o mesmo comportamento foi verificado por TORRES (2003) no
estudo da viscosidade aparente da polpa de umbu-caj concentrada a 10C.
Tabela 11- Viscosidade aparente e energia de ativao, na taxa de deformao de 100 s -1, da polpade jenipapo em diversas concentraes.
Concentrao(%)
Eat(kcal/mol)
o R2
6,0 4,52 0,625 0,97
7,5 4,51 0,645 0,98
9,0 3,34 1,240 0,93
10,5 3,55 1,227 0,97
O parmetro viscosidade plstica (p) ajustado pelo modelo Plstico Bingham em funo
do inverso da temperatura, encontra-se na Figura 19. A viscosidade plstica (p) mostrou uma
tendncia de decrscimo com o aumento da temperatura, esse mesmo comportamento foi
encontrado por OLIVEIRA (2006) para polpa de pitanga integral, no ajuste do parmetro
viscosidades plstica (kC) pelo modelo de Casson e por GRANGEIRO (2004) que encontrou
tendncia semelhante do parmetro kC, estudando o comportamento reolgico da polpa de figo-da-
ndia com 19 Brix na faixa de temperatura de 30 a 60 C.
Figura 19- Efeito da temperatura sobre a viscosidade plstica (P) para polpa de jenipapo nasconcentraes de 6,0%, 7,5%, 9,0% e 10,5% de slidos totais.
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