A análise da composição centesimal do CH puro e das composições em pó otimizadas, bem como das respectivas pastas, a partir das quais os pós foram produzidos, são apresentados na Tabela 5.25.
Tabela 5.25: Composição centesimal das pastas e pós com melhor desempenho na secagem.
Amostra Perda por dessecação (g/100g) Cinzas (g/100g) Lipídeos totais (g/100g) Proteína (g/100g) Carb. totais (g/100g) Calorias (kcal/100g) Pasta A1 60,3 ± 0,3 0,36 ± 0,01 ND < 0,10 33,87 ± 0,35 5,43 157 Pasta A2 66,6 ± 1,3 0,36 ± 0,01 ND < 0,10 22,61 ± 0,02 10,40 132 Pasta B1 60,9 ± 0,2 0,39 ± 0,00 ND < 0,10 34,13 ± 0,11 4,61 155 Pó LJ05 7,4 ± 0,0 0,95 ± 0,03 ND < 0,10 81,36 ± 0,39 10,25 366 Pó LJ22 6,8 ± 0,1 1,19 ± 0,03 0,13 ± 0,00 82,38 ± 0,39 9,55 369 Pó SD06 5,9 ± 0,0 1,10 ± 0,04 ND < 0,10 83,90 ± 1,41 9,09 372 Pó SD14 7,6 ± 0,0 1,05 ± 0,02 ND < 0,10 68,65 ± 0,84 22,55 365 Pó SD22 6,6 ± 0,0 1,05 ± 0,01 ND < 0,10 83,16 ± 1,25 9,19 369 Pó 100%CH 7,4 ± 0,0 1,02 ± 0,02 ND < 0,10 90,42 ± 0,82 1,19 366
5 – Resultados e discussão 128
Os resultados referentes às análises de umidade e voláteis (perda por dessecação), cinzas e lipídios totais apresentados na Tabela 5.25 representam a média e a estimativa do desvio padrão, enquanto que o resultado de carboidratos totais foi calculado pelo balanço de massa dos demais componentes. O valor calórico das amostras foi calculado pelo somatório das porcentagens de proteína e carboidratos multiplicados pelo fator 4 (kcal/g) somados ao teor de lipídios totais multiplicados pelo fator 9 (kcal/g).
A partir dos resultados da Tabela 5.25 constata-se que de uma forma geral as pastas analisadas apresentam resultados semelhantes, com ausência de lipídios, elevada umidade, baixa quantidade de cinzas e carboidratos, além de considerável quantidade de proteína. Dentre as três pastas analisadas, a pasta A2, cuja composição apresenta 50% de polpa uva e 50% de SCH, apresenta composição parcialmente diferente das demais, com maior quantidade de carboidratos, umidade e menor quantidade de proteína.
A diferença na composição centesimal entre as pastas de secagem é previsível, uma vez que a maior fonte proteica da mistura provém da SCH, em menor quantidade na pasta A2, enquanto que a umidade e a quantidade de carboidratos são provenientes, quase em totalidade, da polpa de uva, em maior quantidade na pasta A2, em comparação com as demais pastas analisadas. As diferentes composições centesimais, no que se refere aos percentuais de proteína, carboidratos e umidade podem ter influenciado a eficiência de formação de pó, pois alteram a transição vítrea do material, como é discutido na subseção 5.9.8, na sequência. Medeiros (2001) relata que polpas com elevado teor de açúcares interferem negativamente na dinâmica de jorro. O efeito negativo da elevada quantidade de carboidratos encontrada nas pastas de secagem do presente trabalho pode ter sido potencializado pela maior quantidade de umidade, que provoca saturação do leito, bem como pela menor quantidade de proteína, que ao longo deste estudo se mostrou favorável à eficiência de secagem. Todos estes fatores corroboram com o fato que as composições com 50% de polpa de fruta ou mais, não apresentaram os melhores resultados durante a secagem, com exceção da secagem de pasta formada por SCH e polpa de uva em spray dryer.
Analisando apenas os resultados dos pós da Tabela 5.25, percebe-se que o teor de umidade, cinzas e lipídeos (ausente) são semelhantes em todos os pós com adição de polpa de fruta, apresentando a mesma escala de grandeza. Ainda, é possível verificar que o pó de CH
5 – Resultados e discussão 129
apresenta composição com 90,4 % de proteína e 7,4 % de umidade, o que é concordante com os resultados apresentados na Tabela 4.2, fornecida pelo fabricante.
Os resultados demonstram que os diferentes processos de secagem adotados neste estudo, leito de jorro e spray dryer, apresentam efeitos semelhantes sobre a composição centesimal das pastas, dentro dos limites experimentais estudados, ou seja, a composição centesimal do pó depende da composição inicial das pastas de secagem e independe do tipo de processo ou de suas condições operacionais, embora estas possam apresentar influência na eficiência da secagem e na quantidade de compostos bioativos do pó.
Todas as composições em pó apresentadas na Tabela 5.25 são produtos alimentícios calóricos com, em média, 367,8 kcal/100g ± 2,6 kcal/100g, o que se deve às composições finais semelhantes e com alto teor proteico e baixo teor de gordura. Contudo, devido à pequena quantidade diária recomendada para o consumo, esta quantidade energética pode representar menos de 10% dos valores diários de referência com base em uma dieta de 2000 kcal. Para efeito comparativo, suplementos proteicos de soro de leite comercializados, possuem em média 390 kcal/100g. Por se tratar de um produto em pó, com baixa quantidade de lipídios, alta quantidade de proteínas, presença de compostos bioativos, carboidratos provenientes da fruta e sem adição de adjuvantes, corantes ou edulcorantes, reitera-se a qualidade nutricional das composições alimentícias produzidas e o seu potencial econômico e comercial.
5.9.2 Cor
Segundo Bobbio e Bobbio (2001) a cor, por despertar atenção visual, é um dos fatores decisivos na escolha de alimentos pelo consumidor. Estas circunstâncias revelam que a coloração é uma característica de grande importância na produção de pós alimentícios, uma vez que está ligada aos aspectos organolépticos do produto. Corantes artificiais podem trazer ótimas características visuais ao produto, contudo, são indesejados por uma grande e crescente parcela de consumidores, uma vez que seu consumo pode trazer riscos a saúde. Em contrapartida, corantes naturais são bem aceitos por se tratarem, na maioria das vezes, de compostos bioativos com inúmeros benefícios já comprovados a saúde humana, como é o caso da clorofila, antocianinas e carotenoides, que produzem as cores verde, azul e amarelo - laranja, respectivamente.
5 – Resultados e discussão 130
A Tabela 5.26 mostra os resultados das análises dos parâmetros de cor dos pós, determinado a partir das coordenadas L, a, b do sistema de cores CIELAB, onde L é a medida de luminosidade, que varia de 0 (preto) a 100 (branco), a compõe a coordenada de cromaticidade e quantifica a cor vermelha (valores positivos) para verde (valores negativos) e b representa a medida da cor amarela (valores positivos) para azul (valores negativos).
A ferramenta estatística utilizada para análise dos dados foi o teste de Tukey (determina a diferença significativa entre um grupo de médias) ao nível de significância de 95%, a partir do software Minitab. No teste de Tukey, regeita-se a hipótese de igualdade para o atributo analisado quando duas amostras não compartilham da mesma letra.
Tabela 5.26: Parâmetros de cor (a, b e L) dos pós otimizados.
Amostra L A b Pó LJ05 78,46 ± 0,16C - 0,34 ± 0,06B - 0,88 ± 0,13D Pó LJ22 82,84 ± 0,4B - 0,26 ± 0,16B 7,82 ± 0,15B Pó SD06 78,21 ± 0,14C - 0,22 ± 0,13B - 0,74 ± 0,09D Pó SD14 74,94 ± 0,31D 0,88 ± 0,15A - 2,14 ± 0,23E Pó SD22 87,73 ± 0,27A - 0,26 ± 0,13 B 5,74 ± 0,41C Pó 100%CH 84,01 ± 0,44 A - 1,56 ± 0,17 C 9,28 ± 0,18A
A análise estatística apresentada na Tabela 5.26 expõe diferença significativa entre as amostras dos pós. Nota-se que os pós LJ22 e SD22, ambos com polpa de manga na composição, apresentam valor de b positivos, mas não compartilham da mesma letra entre sí, indicando que o espectro de cor de ambos os pós tende ao amarelo, assim como o pó 100% CH, contudo, em tonalidades diferentes, o que pode ser confirmado visualmente.
Analisando os pós com composição de polpa de uva, LJ05, SD06 e SD14, nota-se que todos apresentaram parâmetro b negativos, demonstrando que os três pós apresentam espectro de cor com tendência para a cor azul, como espera-se em pós com com este tipo de fruta e pH ligeiramente ácido. O pó SD14 é significativamente diferente dos outros pós em todos os parâmetros de cor, o que está relacionado com a composição da pasta do qual é proveniente e do pó, com maior quantidade de polpa de uva em relação aos demais.
Ainda na Tabela 5.26, nota-se que todos os pós apresentaram altos valores de L, o que indica que apresentam coloração clara, com tendência para o branco. O parâmetro a, que
5 – Resultados e discussão 131
representa tendência à cor vermelha, se positivo ou verde, se negativo, não demonstraram variação expressiva nas formulações, se aproximando de zero, e indicando que estas cores não são predominantes nos pós.
Embora o efeito visual seja subjetivo, é importante e possível confirmar a predominância das cores azul e amarela relatadas nas amostras de pós, quando dispostos em balões volumétricos de 50 mL, como mostra a Figura 5.38.
Figura 5.38: Cor dos pós obtidos nas melhores condições experimentais.
A partir da Figura 5.38 é possível perceber a predominância da cor amarela nas amostras de colágeno puro (100%CH) e nos ensaios com polpa de manga, LJ22 e SD22, e das cores azul nas amostras com composição a base de CH e polpa de uva, amostras LJ05, SD06 e SD14, confirmando mais um atributo muito favorável ao produto.
5.9.3 Tempo de instantaneização
A análise de tempo de instantaneização ou dispersão de um pó em um líquido foi realizada como descrito por Hogekamp e Schubert (2003) e Dacanal (2005). Contudo, os resultados não se mostraram promissores, demonstrando que esta é uma das características do pó desenvolvido que deve ser estudada e aprimorada em trabalhos futuros.
O tempo de instantaneização (tinst) ou tempo de molhamento é o tempo necessário para que as partículas colocadas sobre a superfície de um líquido fiquem completamente submersas. Este processo inclui quatro etapas: embebição, imergibilidade, dispersabilidade e
5 – Resultados e discussão 132
solubilidade, as quais devem ser satisfeitas em segundos em produtos com propriedades de instantaneização favoráveis (HOGEKAMP e SCHUBERT, 2003).
Os pós otimizados e o CH puro foram submetidos à análise e, após 10 minutos, constatou-se que ainda não estavam totalmente submersos em água. Visualmente verificou-se que a superfície do pó que entra em contato com a água formou, pela ligação das partículas, uma base inferior na forma de gel que suporta e impede com que o pó, ainda seco, entre em contato direto com a água.
A Figura 5.39 mostra o equipamento com o pó LJ05 após 10 minutos de análise.
Figura 5.39: Análise de instantaneização. Pó LJ05 após 10 minutos.
A lenta dispersão e dissolução no líquido, que acarreta alto tempo de instantaneização podem ser atribuídas ao reduzido tamanho das partículas, coesividade e alta compactação, como foram demonstradas nas análises de escoabilidade e granulometria (seções 5.9.5 e 5.9.6) e também pela alta capacidade do CH formar gel, o que pode ter produzido uma camada inferior que manteve as partículas secas isoladas da água.
5 – Resultados e discussão 133
Andreola et al. (2015) estudaram o efeito das condições operacionais no processo de aglomeração de colágeno hidrolisado em leito fluidizado utilizando água e solução de 10% de maltodextrina como ligantes. Assim como no presente trabalho, os autores também observaram que uma camada de CH era formada na superfície do líquido, impedindo que o produto fosse completamente imerso. Em contrapartida, os pós que foram aglomerados apresentaram substancial melhora na molhabilidade, sendo estes completamente imersos em aproximadamente 10 segundos de análise.
Seria apropriado e oportuno o estudo da aglomeração do pó produzido neste trabalho como uma alternativa viável a este problema, podendo também trazer benefícios adicionais ao produto final, como boa escoabilidade e liberação controlada ou proteção dos compostos bioativos incorporados no pó, portanto, esta é uma das sugestões para trabalhos futuros realizados na área.
5.9.4 Escoabilidade
O ângulo de repouso estático e dinâmico das partículas, parâmetro de escoabilidade ou fluidez dos pós, é apresentado na Tabela 5.27.
Tabela 5.27: Ângulo de repouso estático e dinâmico dos pós.
Amostra Ângulo estático (º) Ângulo dinâmico (º)
Pó LJ05 36,7 ± 0,5BC 66,3 ± 3,2AB Pó LJ22 35,7 ± 1,1BC 63,7 ± 3,2B Pó SD06 39,6 ± 2,5AB 68,0 ± 3,6AB Pó SD14 31,7 ± 4,0C 73,3 ± 2,9A Pó SD22 44,6 ± 0,6A 69,3 ± 3,1AB Pó 100%CH 24,6 ± 0,6 D 51,7 ± 1,5C
A partir da Tabela 5.27 e dos índices de fluidez proposto por Jong et al. (1999), pode-se classificar os pós como free-flowing ou “escoa livremente”, com exceção ao colágeno puro, que apresenta classificação como excellent flowing ou “excelente fluidez”.
As letras atribuídas pelo teste de Tukey mostram que o pó com 100% de colágeno na composição é diferente dos demais pós (cuja composição contém polpa de fruta, uva ou manga) em ambas as análises de ângulo de repouso, demonstrando que houve modificação desta propriedade com o processo e a incorporação de outros componentes, de forma negativa
5 – Resultados e discussão 134
no produto, ou seja, aumentando o ângulo de repouso. O menor ângulo de repouso estático e dinâmico demonstrado pelo colágeno puro e melhor escoabilidade está relacionado à composição rica em proteínas e aminoácidos, enquanto que as demais composições possuem maior quantidade de carboidratos, tornando o material mais aderente. Contudo, as alterações reportadas não comprometem a qualidade do produto.
Analisando os resultados de uma forma geral, pode-se afirmar que a classificação dos pós como de escoamento livre é um demonstrativo de mais uma característica positiva dos pós produzidos, mesmo com polpa de fruta na composição. O escoamento livre é uma característica desejada para a estocagem, transporte e processamento industrial, uma vez que é possível mover o pó com baixas tensões de cisalhamento e atrito interpartículas, o que demanda menor gasto energético e conseqüente economia financeira.
5.9.5 Coesividade
A partir dos valores de massa de amostra, e volume ocupado pela amostra antes e após a compactação, foi possível calcular a Razão de Hausner e o índice de Carr dos pós, que se baseia na relação entre densidade aparente aerada e a densidade aparente compactada, e então classificar os pós baseado em Turchiuli et al. (2005), como apresentado na Tabela 5.28.
Tabela 5.28: Classificação de escoabilidade dos pós otimizados.
Amostra Índice de Carr Classificação Razão de Hausner Classificação Pó LJ05 45,4 ± 3,1 Não escoa 1,8 ± 0,1 Não escoa Pó LJ22 46,44 ± 1,0 Não escoa 1,9 ± 0,0 Não escoa Pó SD06 34,84 ± 1,6 Escoa mal 1,5 ± 0,0 Não escoa Pó SD14 38,34 ± 6,1 Escoa mal 1,6 ± 0,2 Não escoa Pó SD22 36,14 ± 7,3 Escoa mal 1,6 ± 0,1 Não escoa Pó 100%CH 19,44 ± 2,9 Escoa bem 1,2 ± 0,0 Intermediário
Os resultados mostrados na Tabela 5.28 novamente indicam, avaliando a razão de Hausner, uma diferença entre o pó com 100% de CH (escoamento intermediário) para os demais (não escoa), assim como constatado na escoabilidade dos pós, na seção anterior. A classificação proposta por Jong et al. (1999) e baseada na razão de Hausner é semelhante, sendo os pós feitos a partir da mistura de polpa de fruta classificados como coesivos e o pó com 100% de CH como aerado. Pós coesivos são pouco aerados e apresentam a densidade
5 – Resultados e discussão 135
bulk menor, mais próxima da densidade da prórpia partícula, devido à menor quantidade de espaços vazios entre as partículas, e são em geral, de difícil fluidização, porém ocupam menor espaço para o armazenamento.
A razão de Hausner é uma classificação menos detalhada, enquanto que o índice de Carr é mais específico. Para a classificação baseada no índice de Carr, o pó com 100% de CH apresenta classificação como “escoa bem”, já os pós produzidos em leito de jorro como “não escoam” e os pós produzidos em spray dryer como “escoam mal”.
Acredita-se que a coesividade destes pós possam estar ligados ao formato e ao tamanho das partículas, uma vez que o CH puro apresenta formato esférico e granulometria maior, enquanto que os pós formados com mistura de SCH e polpa de fruta possuem formato aproximadamente esférico, se formados em spray dryer, e irregulares, quando produzidos em leito de jorro, o que pode ser constatado nas micrografias mostradas seção 5.9.7, além de possuírem granulometria menor, como apresentado na seção 5.9.6. Estas suposições estão de acordo com Jong et al. (1999), que afima que pós coesivos apresentam forças de contado interpartículas significativas em relação as forças gravitacionais, o que é esperado para partículas menores e com tendência ao formato irregular.
5.9.6 Tamanho de partícula
A Tabela 5.29 mostra as médias (10 repetições) dos diâmetros de partícula, D10, D50 e D90 e volumétrico (Dm) para os pós produzidos em condições ótimas de processo.
Tabela 5.29: Tamanho de partícula dos pós otimizados.
Amostra D10 (µm) D50 (µm) D90 (µm) Dm (µm) Pó LJ05 1,3 ± 0,1 17,1 ± 0,3 50,5 ±1,1 22,8 ± 0,4 Pó LJ22 1,6 ± 0,1 17,5 ± 0,8 47,4 ± 0,6 21,5 ± 0,2 Pó SD06 0,5 ± 0,0 15,0 ± 0,2 45,5 ± 0,7 20,5 ± 0,3 Pó SD14 0,5 ± 0,0 12,1 ± 0,1 33,1 ± 0,5 15,4 ± 0,3 Pó SD22 0,6 ± 0,0 10,9 ± 0,2 42,4 ± 1,0 19,2 ± 0,4 Pó 100%CH 36,8 ± 1,4 109,3 ± 1,2 198,6 ± 2,8 114,2 ± 1,1
A Tabela 5.29 mostra os resultados dos diâmetros de partícula D10, D50, D90, que significam na prática, que respectivamente, 10%, 50% e 90% das partículas possuem diâmetro menor que o referido. A análise de master sizer foi realizada com as partículas
5 – Resultados e discussão 136
imersas em álcool isopropílico e ultrassom por 2 minutos, para desfazer possíveis aglomerados.
Analisando os resultados apresentados na Tabela 5.29 e considerando o diâmetro médio volumétrico ou o percentual D50, constata-se que o CH puro apresenta granulometria aproximadamente 5 a 7 vezes maior que os demais pós, produzidos a partir da mistura com polpa de frutas. Ainda na Tabela 5.29 percebe-se que os pós produzidos em spray dryer possuem granulometria ligeiramente menor que os pós produzidos em leito de jorro, uma característica clássica destes processos.
A diferença de granulometria entre os processos de secagem em leito de jorro e spray dryer com pastas iguais é atribuíada aos diferentes princípios de secagem nos secadores. No secador de leito de jorro a pasta atomizada recobre os inertes formando um filme sobre as partículas, este filme é posteriormente seco e quebrado pelo atrito provocado pela dinâmica (FREIRE; FERREIRA; FREIRE, 2009), portanto, a granulometria depende além das características fisico-químicas da pasta, de uma série de fatores que governam a movimentação do inerte e a taxa de secagem no leito. Diferentemente do leito de jorro, no spray dryer o tamanho das partículas depende do tamanho das gotículas atomizadas, que é função dos parâmetros de atomização, do bico e também das propriedades físico-químicas da pasta, bem como da concentração de sólidos do produto (MASTERS, 1972).
As análises granulométricas corroboram com os resultados obtidos quanto à coesividade, escoabilidade e tempo de instantaneização. Estas características físicas dos pós produzidos neste trabalho (SCH com polpa de fruta) podem ser aperfeiçoadas através de um processo de granulação em leito fluidizado, como apresentado por Andreola et al. (2015) para o colágeno puro, sugestão para futuros trabalhos.
5.9.7 Morfologia
Na Figura 5.40 são apresentadas as micrografias do pó 100% CH com ampliações de (a) 100 vezes, (b) 500 vezes, (c) 2000 vezes e (d) 5000 vezes, obtidos através MEV.
A análise das imagens do pó apresentadas na Figura 5.40 permite constatar que as partículas de CH puro apresentam formato esférico, lisas ou com ligeiras imperfeições formadas durante o processo, industrialmente feito por spray dryer. Adicionalmente, percebe-
5 – Resultados e discussão 137
se que as partículas estão totalmente desprendidas ou livres, sem a formação de aglomerados ou torrões, embora possam estar agrupadas ou encostadas umas nas outras.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 5.40: Micrografias de colágeno hidrolisado em pó. Aumentos de (a) 100 vezes, (b) 500 vezes, (c) 2000 vezes e (d) 5000 vezes.
Kalab (1979) sugere que as imperfeições nas partículas, como as constatadas nas micrografias da Figura 5.40, são formadas devido ao encolhimento durante a secagem, enquanto que Ré (1998) atribui a rugosidade das partículas ao lento processo de formação do filme durante a secagem, já que as partículas são secas nos estágios iniciais do processo. Acredita-se que os dois efeitos possam estar presentes. As rugosidades das partículas da micrografia (b) na Figura 5.40 podem ter sido formadas pelo encolhimento durante a secagem, enquanto que partículas fraturadas como na micrografia (d) podem ter sofrido atrito interpartícula ou partícula – parede.
5 – Resultados e discussão 138
As Figuras 5.41 e 5.42 mostram micrografias dos pós otimizados bem como do pó com 100% de CH, com ampliações de 500 vezes e 2000 vezes, respectivamente.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figura 5.41: Micrografias dos pós (a) 100% CH, (b) LJ05, (c) LJ22, (d) SD06, (e) SD14 e (f) SD22, com ampliação de 500 vezes.
5 – Resultados e discussão 139
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figura 5.42: Micrografias dos pós (a) 100% CH, (b) LJ05, (c) LJ22, (d) SD06, (e) SD14 e (f) SD22, com ampliação de 2000 vezes.
Embora as imagens da Figura 5.41 não permitam que se façam medidas precisas estatisticamente significativas, é possível perceber que o tamanho das partículas de colágeno
5 – Resultados e discussão 140
puro (a) é maior que o das composições com polpa de fruta (b - f), como foi confirmado pelos resultados de granulometria apresentados na seção 5.9.6. Como discutido na seção anterior, a diferença na granulometria dos pós está atrelada às condições operacionais de secagem industrial diferentes das utilizadas no presente trabalho, bem como da presença de polpa de fruta na pasta, o que altera as características físico-químicas da formulação e consequentemente o formato e o tamanho da gota que é atomizada.
A comparação das micrografias (b) e (c) (pós produzidos em leito de jorro) com as micrografias (d), (e) e (f) (pós produzidos em spray dryer), mostra que o leito de jorro formou pós ligeiramente maiores e com formatos irregulares, se comparado ao spray dryer, que apresentou pós mais finos e com formato visualmente esféricos, como discutido na seção 5.9.5, de coesividade. A micrografia (e) tem característica de material aglomerado, o que pode ser atribuído à maior quantidade de polpa de uva na composição, uma vez que a amostra SD14 é o único pó otimizado composto por 50% CH e 50% polpa de uva, todos os demais pós que apresentaram as condições ótimas eram compostos por 75% SCH e apenas 25% de polpa de fruta.
As micrografias apresentadas na Figura 5.42 enfatizam as observações reportadas na Figura 5.41 em relação ao tamanho, formato e rugosidades das partículas, bem como da presença de partículas fraturadas.
As constatações relacionadas ao formato das partículas são semelhantes às encontradas por Kurozawa (2009), para micrografias de hidrolisado proteico em pó puro ou ainda com adição de maltodextrina ou goma arábica em diferentes proporções.
Outras micrografias dos pós otimizados com aumentos de 100 vezes e 5000 vezes podem ser consultadas nas Figuras AP1 – AP10, em apêndice.