Estudo da influência da temperatura na viscosidade aparente da polpa de melão Cantaloupe através da equação de Arrhenius

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Alimentos

Autores

Souza, L.M.A. (IFRN/CA) ; Oliveira, R.G.M. (UFCG) ; Melo, J.C.S. (IFRN/CA) ; Badaró, A.D.S. (UFRN) ; Costa, C.H.C. (IFRN/CA) ; Dantas, E.H. (IFRN/CA)

Resumo

A equação de Arrhenius é responsável por descrever matematicamente a influência da temperatura na viscosidade aparente de polpas de frutas. Logo, este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da temperatura na viscosidade aparente da polpa de melão em diferentes temperaturas (20, 30, 40 e 50°C) e velocidades de rotação (1,5; 3,0; 6,0; 12; 30 e 60 rpm) mediante a equação de Arrhenius. A viscosidade aparente da polpa de melão foi determinada através do viscosímetro rotativo analógico. A viscosidade aparente diminuiu conforme o aumento da temperatura e da velocidade de rotação, apresentando comportamento não-newtoniano do tipo pseudoplástico. A equação de Arrhenius mostrou-se adequado para descrever o efeito da temperatura na viscosidade aparente da polpa de melão, com R2>0,77.

Palavras chaves

Viscosidade aparente; Energia de ativação; Melão

Introdução

O melão (Cucumis melo L.) é uma das principais frutas destinadas à exportação, no Brasil, principalmente in natura (BESSA et al., 2018). O sabor excepcional do melão e suas aplicações na medicina tradicional explicam a importância econômica deste fruto (MALLEK-AYADI et al., 2019). Além disso, o estado do Rio Grande do Norte é reconhecido como o maior produtor de melão do Brasil, responsável por 45% da produção total brasileira e a região Nordeste também recebe grande destaque por ser responsável por 95% da produção total do Brasil em 2013 (EMPRAPA, 2017). Segundo Oliveira et al. (2016), as polpas de frutas industrializadas tornaram-se uma alternativa atrativa de compra ao consumidor por trazer benefícios como a praticidade pelo fácil preparo e manuseio desses produtos em seu uso diário, economizando tempo e recurso. A polpa de melão Cantaloupe, em especial, atrai os consumidores pelo seu aroma agradável pela sua cor salmão, bom sabor e alto teor de açúcar (°Brix) (EMBRAPA, 2017). O cultivo do melão é alvo de inovações tecnológicas quanto ao manejo, especificamente voltado ao aumento de produtividade e seu alto valor nutritivo é um atributo que influencia significativamente no consumo (PAMPLONA et al., 2018). De acordo com Quintana et al. (2018), o comportamento reológico de sucos e polpas de fruta está associado ao nível de sólidos solúveis em suspensão e em função da forma, tamanho, temperatura, concentrações das partículas suspensas e da estrutura do sistema. Um dos principais fatores responsáveis pela alteração da viscosidade de polpas de frutas e produtos derivados de frutas é a temperatura, sobretudo em fluidos não-newtonianos com comportamento pseudoplástico (BEZERRA et al., 2009). Dentre elas pode-se destacar as polpas de morango (BEZERRA et al., 2009), melancia (GUEDES et al., 2010), manga espada (OLIVEIRA et al., 2019), entre outros. O aumento da temperatura, neste caso, faz com que a viscosidade na fase líquida diminua, aumentando a mobilidade das partículas em suspensão, consequentemente diminuindo a viscosidade da polpa (VIDAL et al., 2006). Segundo Feitosa et al. (2015), os dados de viscosidade em função da temperatura são úteis para as indústrias no dimensionamento de tubulações, bombas, filtros, agitadores, pasteurizadores, resfriadores, concentradores, congeladores entre outros equipamentos utilizados no processamento de polpas de frutas. O efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente pode ser descrito mediante a Equação de Arrhenius, a qual verifica que os valores elevados de energia de ativação indicam a mudança mais rápida da viscosidade com a temperatura (TONELI et al., 2005). Segundo SILVA et al. (2005), verificaram que as alterações nas viscosidades aparentes do suco de acerola devido à temperatura podem ser descritas pela equação de Arrhenius. Dessa forma, o objetivo principal deste trabalho consiste em estudar a influência da temperatura na viscosidade aparente das polpas de melão Cantaloupe, em diferentes temperaturas (20, 30, 40 e 50 ºC) e velocidades de rotação (1,5; 3,0; 6,0; 12; 30 e 60 rpm), através da equação de Arrhenius.

Material e métodos

As frutas foram adquiridas no comércio da cidade de Caicó, Rio Grande do Norte e transportadas para o Laboratório de Química, onde foram processadas e analisadas. Foram escolhidos os melões maduros e com uma textura firme, sem doenças nem bolores. Posteriormente, foram lavados em água corrente e depois imersos em uma solução de hipoclorito de sódio a 50 ppm, durante 15 minutos; em seguida, foram enxaguados e despolpados (remoção da pele e semente) utilizando um multiprocessador. Todos os experimentos foram realizados em triplicatas e, para o cálculo, foi utilizado a média dos valores obtidos. A leitura dos sólidos solúveis (ºBrix) da polpa de melão Cantaloupe foi realizada através de um refratômetro portátil modelo RT-30ATC com escala de 0 a 32 ºBrix, devidamente calibrado e ajustado a 20°C com água destilada, e os resultados expressos em °Brix. As medidas das viscosidades aparentes da polpa de melão foram determinadas utilizando um viscosímetro rotativo analógico da marca QUIMIS, modelo Q860A24, em diferentes velocidades de rotação (1,5; 3,0; 6,0; 12; 30 e 60 rpm) e nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50 °C. A influência da temperatura sobre a viscosidade aparente da polpa de melão Cantaloupe foi avaliada utilizando-se a equação de Arrhenius (Eq. 1). Para tanto, as temperaturas em graus Celsius foram transformadas para Kelvin (K) e em seguida calculados o inverso da temperatura. Os gráficos dos valores inversos em Kelvin, juntamente com a viscosidade aparente (Pa s) correspondentes a cada velocidade de rotação. η= η0.exp⁡(-Ea/RT) (Eq.1) Em que: η – Viscosidade aparente (Pa s); η0 – Viscosidade aparente inicial (Pa s); Ea – Energia de ativação (KJ/g mol); R – Constante universal dos gases (0,008314 kJ/ mol K). T– Temperatura (K). Fez-se a regressão linear destes dados obtendo-se os coeficientes da equação de onde se calculou a energia de ativação.

Resultado e discussão

Na tabela 1, encontram-se os valores médios da viscosidade aparente da polpa de melão Cantaloupe, na concentração de 9,8 °Brix, em função da temperatura (20, 30, 40 e 50°C) e velocidade de rotação (rpm). É possível observar na tabela 1 que os valores médios das viscosidades aparentes da polpa de melão Cantaloupe diminuíram conforme o aumento da temperatura, embora na velocidade de 30 rpm e temperatura de 40 ºC, isto não tenha ocorrido. Swami et al. (2013), estudando a influência da temperatura na viscosidade aparente da polpa de manga, também observaram uma diminuição da viscosidade conforme o aumento da temperatura. Segundo Deshmukh et al. (2015), isto ocorre porque o aumento da temperatura dos fluidos ocasiona a ampliação do espaço existente entre as moléculas e uma maior mobilidade das partículas em suspensão, promovendo, consequentemente, a diminuição da viscosidade aparente. Nota-se também na tabela 1 que os valores médios das viscosidades aparentes da polpa de melão Cantaloupe diminuíram com o aumento da velocidade de rotação, característica de polpa do tipo não-newtonianos com comportamento pseudoplástico. O mesmo comportamento foi observado por Oliveira et al. (2019), ao estudar a influência da viscosidade aparente da polpa manga espada, pois o aumento da velocidade de rotação ocasionou uma tendência de diminuição nos valores médios da viscosidade aparente da polpa de manga espada em todas as temperaturas estudadas. Na tabela 2, encontram-se os parâmetros da viscosidade inicial (η0) e da energia de ativação (Ea) calculados através da equação de Arrhenius, para os valores experimentais de viscosidade aparente em função da temperatura, nas velocidades de rotação de 1,5; 3,0; 6,0; 12, 30 e 60 rpm (tabela 1). Verifica-se na figura 2 que os valores da energia de ativação (Ea) variaram de 30,55 a 40,52 kJ.mol-1, onde os maiores valores de Ea foram obtidos nas velocidades de rotação mais baixa (1,5; 3,0 e 6,0 rpm). Nota-se ainda que, a partir da velocidade de rotação de 3 rpm, os valores da energia de ativação apresentaram uma tendência de diminuição conforme o aumento da velocidade de rotação. Sousa et al. (2017) estudando o comportamento reológico da polpa de noni integral em diferentes velocidades de rotação e temperatura, observaram os valores mais elevados para a energia de ativação foram encontrados nas velocidades de rotação mais baixas, indicando que a temperatura exerceu maior efeito sobre a viscosidade aparente nas baixas taxas de deformação, promovendo uma diminuição na energia de ativação (Ea) com o aumento da velocidade de rotação. Verifica-se ainda na tabela 2 que os valores dos coeficientes de terminação (R2), obtidos do ajuste da equação de Arrhenius para descrever o efeito da temperatura sob a viscosidade aparente da polpa de melão, foram superiores a R2>0,77. Feitosa et al. (2015), ao estudar a viscosidade aparente da polpa integral de murta em diferentes temperaturas, também verificaram que a equação de Arrhenius apresentou bons valores de coeficiente de determinação (R2 > 0,78) para a polpa de murta integral.

Conclusões

A viscosidade aparente diminuiu conforme o aumento da temperatura e da velocidade de rotação, apresentando comportamento não-newtoniano do tipo pseudoplástico. Em relação a energia de ativação, de modo em geral, tendeu a diminuir com o aumento da velocidade de rotação. O modelo de Arrhenius mostrou-se adequado para descrever o efeito da temperatura na viscosidade aparente da polpa de melão, com os valores de R2>0,77, constatando sensibilidade da polpa em relação a temperatura.

Agradecimentos

Agradecemos a PROPI e ao IFRN/CA por possibilitar a realização dessa pesquisa.

Referências

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