Variação das propriedades físico-mecânicas e da qualidade da mamona (Ricinus communis L.) durante a secagem e o armazenamento

Abstract

O presente trabalho foi realizado com o objetivo de determinar e modelar as propriedades físicas e mecânicas da mamona durante o processo de secagem, bem como avaliar a qualidade dos grãos e do óleo extraído da mamona durante o armazenamento. Para tanto, foram utilizados grãos de mamona da variedade Guarani, colhidos em plantações comerciais nas cidades de Divino e Várzea da Palma, MG. Foram determinadas as propriedades higroscópicas (dessorção e adsorção) e termodinâmicas da sorção da água nos grãos, a cinética de secagem dos grãos, as principais propriedades físicas dos frutos e dos grãos (massas específicas aparente e unitária, porosidade, massa de mil grãos, esfericidade, circularidade, áreas superficial e projetada, dimensões características, contração volumétrica da massa e contração volumétrica unitária), as propriedades mecânicas dos grãos (força de ruptura, deformação específica, energia, dureza, módulo de resiliência, módulo proporcional de elasticidade, coeficientes de atrito estático e dinâmico), a resistência ao fluxo de ar em camadas de grãos. Realizou-se também a avaliação da qualidade dos grãos (perda de matéria seca, condutividade elétrica e cor) e do óleo bruto extraído dos grãos de mamona (índice de peróxidos e ácidos graxos livres) durante o armazenamento em condições controladas de temperatura. Com base nos resultados obtidos, pôde-se concluir que: a) o teor de água de equilíbrio higroscópico dos grãos de mamona é diretamente proporcional à umidade relativa e decresce com o aumento de temperatura para um mesmo valor de umidade relativa, sendo o modelo de Halsey Modificado, o que melhor se ajustou aos dados experimentais; b) com a redução do teor de água, ocorre aumento da energia necessária para retirar água do produto, representada pelos valores do calor isostérico integral de dessorção, e aumento na energia liberada pela adsorção da água no produto, representada pelos valores do calor isostérico integral de adsorção. Além disso, para um mesmo valor de teor de água, os valores do calor isostérico integral de dessorção são maiores que os de adsorção; c) os modelos de Page, Henderson e Pabis e Midilli, são os que melhor representam o fenômeno de secagem dos grãos de mamona; d) o coeficiente de difusão aumenta com a elevação da temperatura, apresentando valores entre 0,512 × 10-10 e 1,564 × 10-10 m2 s-1; e) a redução do teor de água influencia as propriedades físicas dos grãos e frutos de mamona, proporcionando: redução da massa específica aparente, massa específica unitária, porosidade e massa de mil grãos e massa de mil frutos; aumento da esfericidade e circularidade nos grãos e redução nos frutos; redução da área projetada e área superficial dos grãos e dos frutos frutos; a redução do teor de água influencia a contração volumétrica unitária e da massa dos grãos de mamona, provocando redução dos valores em 9,0 e 14,0%, respectivamente; para os frutos, a contração volumétrica unitária e da massa foi da ordem de 46,0 e 63,0%, respectivamente; f) a redução do teor de água elevou a força necessária à ruptura, reduziu a deformação específica necessária à ruptura, reduziu a energia necessária à ruptura, aumentou a dureza e reduziu o módulo de resiliência dos grãos de mamona sob compressão uniaxial na posição natural de repouso (horizontal); g) o módulo proporcional de elasticidade aumenta com a redução do teor de água e a deformação do produto, obtendo-se valores, para a faixa de teor de água estudado, entre 46,09 a 140,01 MPa, na posição natural de repouso; h) o modelo sigmoidal, descrito por meio da série de Taylor, representa adequadamente a resistência dos grãos de mamona à compressão; os valores da tangente e secante máximas decrescem com o aumento do teor de água dos grãos de mamona; i) a redução do teor de água provoca redução dos coeficientes de atrito estático e dinâmico dos grãos de mamona para todos os materiais de parede utilizados; j) o aumento na densidade do fluxo de ar provoca aumento da perda de carga na coluna de grãos de mamona; o aumento do teor de impurezas grossas provoca redução na perda de carga na camada de grãos de mamona; k) durante o armazenamento dos grãos de mamona, ocorreram perda de matéria seca, aumento da condutividade elétrica, redução de todas as variáveis analisadas para a avaliação de cor, redução dos valores do parâmetro croma e aumento da diferença de cor, sendo que estas alterações foram mais pronunciadas à medida que se elevou a temperatura de armazenamento; l) Houve aumento dos valores do índice de peróxido e da porcentagem de ácidos graxos livres no óleo bruto extraído dos grãos de mamona com o aumento do período de armazenamento, sendo que este aumento foi mais acentuado com e elevação da temperatura de armazenagem.

The present work was conducted in order to determine and to model the physical and mechanical properties of castor bean during drying process, as well as to assess the quality of the extracted oil from castor beans during the storage. Castor beans of variety Guarani were acquired from commercial crops in the Divino and Varzea da Palma cities of Minas Gerais State. Hygroscopic properties were determined (desorption and adsorption), thermodynamics of the water sorption in grains, grain drying kinetics, the most common physical properties of the fruits and of grains (apparent and unitary specific gravity, porosity, 1000 grains weight, sphericity, circularity, surface area, projected area, size, bulk and unitary shrinkage), mechanical properties of grains (force rupture, specific deformation, energy, hardness, resilience modulus, proportional elasticity modulus, the static and dynamic friction coefficients) and air flow resistance through the grain bed . Grain quality (dry matter loss, electrical conductivity and color) and crude oil were extracted from castor beans (peroxide index and free fatty acid) during storage under controlled temperature environment. Based on the obtained results, it can be concluded that: a) the equilibrium moisture content of castor beans is directly proportional to the Relative Humidity and decreases as temperature increases for the same Relative Humidity value, where the modified Halsey model fitted best for the experimental data; b) with reduction of moisture content, the energy needed to remove water from the product increases, represented by the total values of esoteric heat of desorption, and increase energy released by adsorption of water in the product, represented by the values of the total esoteric heat of adsorption. Moreover, for the same amount of water content, values of total isoteric heat of desorption are higher than those of adsorption; c) the models of Page, Henderson and Pabis and Midilli, so that best represent the phenomenon of castor bean drying; d) coefficient of diffusion increases as temperature increases, presenting figures between 0.512 x 10-10 and 1.564 × 10-10 m2 s-1; e) the reduction of water content affects physical properties of castor bean fruits, providing: reduction of apparent specific gravity, unitary specific gravity, porosity and a thousand grains weight and fruits; increase the sphericity and circularity of castor beans and reduction in castor bean fruit; reduction in the projected area and surface area of grains and fruits, a reduction of water content affects the shrinkage and weight of castor beans, reducing values in order of 9.0 and 14.0%, respectively; for fruit, the unitary shrinkage and the mass was of the order of 46.0 and 63.0%, respectively; f) the reduction of the water content increased the force necessary to cause rupture, reduced specific deformation need to rupture, reduced the energy required to rupture, increased the hardness and toughness of castor beans under uniaxial compression in natural rest position (horizontal), respectively; g) the proportional modulus of elasticity increases as moisture content and deformation of the product reduces, obtaining values of moisture content ranging from 46.09 to 140.01 MPa, in natural rest position; h) the sigmoidal model, described by the Taylor series, adequately represents the strength of grains of castor beans to compression, the values of maximum tangent and secant decrease as moisture content of castor beans increases; i) as moisture content reduces, static and dynamic friction coefficient of castor beans reduces for all wall used materials j) as air flow density increases, static pressure loss in the column of castor beans increases; increasing the coarse impurities content causing reduction in static pressure loss in castor beans column; k) during storage of castor beans, occurred loss of dry matter, increase of electrical conductivity, reduction of all variables analyzed for the color evaluation, reduction of chroma parameter values and increase of color difference, and these amendments were more pronounced as storage temperature increased; l) there was an increase of values of peroxide index and of the percentage of free fatty acids in crude oil extracted from grains of castor beans as storage period increased; this increasing was more pronounced as storage temperature increased.