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Tipo: Tese
Título: Variação das propriedades físicas e mecânicas e da qualidade do feijão (Phaseolus vulgaris L.) durante a secagem e o armazenamento
Título(s) alternativo(s): Variation in either the physical and mechanical properties and the quality of the bean (Phaseolus vulgaris L.) during the drying process and storage
Autor(es): Resende, Osvaldo
Primeiro Orientador: Correa, Paulo César
Primeiro avaliador: Cecon, Paulo Roberto
Segundo avaliador: Martins, José Helvécio
Terceiro avaliador: Carneiro, José Eustáquio de Souza
Quarto avaliador: Andrade, Ednilton Tavares de
Abstract: Na literatura, existe carência de informações a respeito das alterações que podem ocorrer no feijão durante a secagem e o armazenamento. Dessa forma, torna-se relevante a execução de trabalhos referentes ao assunto, que possam gerar informações teóricas e práticas para a melhor conservação do produto. Assim, realizou-se este trabalho com a finalidade de analisar diversas características do feijão e ajustar diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais coletados durante a secagem e a armazenamento, para que possam ser utilizados como subsídio para estimar alterações na qualidade do produto. Para alcançar estes objetivos, procedeu-se à determinação das propriedades higroscópicas, físicas e mecânicas do feijão durante sua secagem e embebição (isotermas de dessorção, calor isostérico de dessorção, porosidade, massas específicas aparente e unitária, forma, tamanho, contração e expansão volumétrica, curvas de secagem, módulo proporcional de deformidade, teste de compressão e punção). Realizou-se, também, a avaliação da qualidade tecnológica e protéica do feijão (tempo de cocção, cor, absorção de água em diferentes temperaturas, condutividade elétrica, teor e digestibilidade de proteínas) durante o armazenamento, com a presença do inseto-praga Acanthocelides obtectus (Coleóptera, Curculionidae). De acordo com os resultados obtidos, pôde-se concluir que: a) o equilíbrio higroscópico do feijão é diretamente proporcional à atividade da água decrescendo com o aumento de temperatura para uma mesma atividade de água, seguindo a mesma tendência da maioria dos produtos agrícolas já estudados, 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 sua remoção do produto, variando os valores do calor isostérico integral de dessorção, para os grãos de feijão, na faixa de teor de água estudado, entre 2.718 e 3.961 kJ kg-1; c) a redução do teor de água influencia as propriedades físicas dos grãos de feijão, proporcionando diminuição da porosidade e aumento da massa específica aparente e da massa específica unitária, que podem ser representadas adequadamente pelo modelo linear simples; d) os valores das massas específicas unitária e aparente, obtidos em função da composição química do produto, foram superiores aos valores experimentais até o teor de água de 0,22 (decimal b.s.); acima deste limite, os valores das massas específicas foram subestimados; e) a redução do teor de água influencia na contração volumétrica unitária e na massa dos grãos de feijão, provocando um decréscimo destes valores em 35,8 e 46,1%, respectivamente, na faixa de teor de água estudado; f) o modelo de Bala e Woods é o que melhor representa o fenômeno da contração volumétrica dos grãos de feijão durante o processo de secagem; g) os valores da esfericidade e das circularidades aumentam durante o processo de secagem, na faixa de teor de água estudado; h) o tempo necessário para a secagem do feijão até o teor de água de 0,13 (decimal b.s.) foi de 25, 10 e 5,5 horas, nas temperaturas de 35, 45 e 55 °C, respectivamente; i) os modelos de Page e Midilli são os que melhor representam o fenômeno de secagem do feijão; j) o coeficiente de difusão aumenta com a elevação da temperatura, apresentando valores entre 2,21 x 10-10 e 9,08 x 10-10 m2 s-1, e a introdução da contração volumétrica dos grãos no modelo da difusão líquida, durante a secagem, melhora a sua estimativa; k) os grãos de feijão, durante a embebição, expandem-se diferentemente nas direções radial e axial, com maior variação para o menor eixo; l) os modelos de Bala e Woods, Lang e Sokhansanj, Rahman e Linear descrevem adequadamente a expansão volumétrica do feijão; m) a taxa de absorção de água do feijão aumenta com a elevação da temperatura de embebição, sendo o modelo de Peleg recomendado para a descrição da cinética deste fenômeno, na faixa de temperatura testada; n) o coeficiente de difusão, durante o processo de embebição, apresenta valores de 1,07 x 10-9; 1,30 x 10-9; 1,58 x 10-9 e 1,41 x 10-9 m s-1 nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50 °C, respectivamente; o) a presença do inseto A. obtectus causa deterioração intensa do feijão, promovendo redução da massa específica aparente e aumento da condutividade elétrica dos grãos, resultando na alteração da qualidade tecnológica do produto; p) o tempo de cocção dos grãos de feijão aumenta ao longo do período de armazenamento, independentemente da presença do inseto-praga; q) o teor de proteínas do feijão sem a presença do A. obtectus não se altera ao longo do armazenamento, entretanto, a digestibilidade de proteínas dos grãos de feijão não é afetada pela presença do inseto A. obtectus e pelo tempo de armazenamento; r) a força de compressão necessária para deformar o feijão diminui com o aumento do teor de água, apresentando, para as diversas deformações, valores entre 22,3 e 551,7 N para a posição de repouso, 10,5 e 253,1 N para a compressão com o hilo na horizontal e 11,6 e 143 N para a compressão com o hilo na posição vertical; s) o módulo proporcional de deformidade aumenta com a redução do teor de água e da deformação do produto, obtendo-se valores, na faixa de teor de água estudado, entre 4,1 e 71,3 x 107 Pa, dependendo da posição do grão ao ser comprimido; t) os grãos de feijão apresentam maior resistência à compressão quando submetidos a esforços na posição natural de repouso; u) a infestação pelo inseto-praga, ao longo do armazenamento, interfere no comportamento mecânico dos grãos de feijão, resultando em menor resistência do produto à aplicação de forças; v) o aumento da temperatura de embebição promove um acréscimo da elasticidade do tegumento dos grãos de feijão, requerendo maior força para sua ruptura; w) com o aumento do tempo de cocção e da deterioração dos grãos pelo inseto-praga, ocorre a diminuição da resistência à compressão e da força máxima de punção dos grãos de feijão.
There is a lack of information in the available literature on the changes that may occur in the bean during the drying process and storage time. Thus, the accomplishment of studies that would generate theoretical and practical information about a better conservation of the product are really relevant. So, this work was carried out to analyze several characteristics of the bean, as well as to adjust different mathematical models to the experimental data collected during the drying process and storage period, which could be used as subsidy to estimate the changes in the quality of the product. Thus, the following hygroscopic, physical and mechanical properties of the beans during their drying and soaking processes were determined: desorption isotherms, desorption isosteric heat, porosity, both unitary and apparent specific masses, forms, size, volumetric contraction and expansion, drying curves, proportional deformity module, compression and puncture test). The technological and protein qualities of the bean were also evaluated: cooking time, color, water absorption at different temperatures, electric conductivity, content and digestibility of proteins during storage in presence of the pest-insect Acanthocelides obtectus (Coleoptera, Curculionidae). According to the results, the following conclusions were drawn: a) the hygroscopic equilibrium of the bean is directly proportional to the activity of the water, as decreasing with the increased temperature for a same activity of water, as following the same tendency of the most agricultural products already researched, and the Modified Halsey s model showing to be a better adjustment to the experimental data; b) with the reduced water content, there occurs an increase in the energy required for its removal from the product, as varying the values of the isosteric integral heat of desorption for the bean grains within the water content range from 2,718 to 3,961 kJ kg-1; c) the reduction in the water content affects the physical properties of the bean grains, by providing a decrease in porosity but an increase in both the apparent specific mass and unitary specific mass that could be appropriately represented by the simple linear model; d) the values of both unitary and apparent specific masses obtained as a function of the chemical composition of the product were above the experimental ones up to the water content of 0.22 (decimal d.b.), since above this limit the values of the specific masses were underestimated; (e) the reduction in the water content affects either the unitary volumetric contraction and the grain mass of the bean, therefore causing a respective decrease of 35.8 and 46.1% in these values within the water content range under study; f) the model by Bala and Woods provides the best representation of the volumetric contraction phenomenon in bean grains during the drying process; g) the values of either sphericity and circularities are increased within this water content range during the drying process; h) the times required for drying the bean up to a water content of 0.13 (decimal d.b.) were 25, 10 and 5.5 hours at the temperatures of 35, 45 and 55 °C, respectively; i) the models by Page and Midilli show the best representation for the bean drying phenomenon; j) the diffusion coefficient increases as the temperature increases, by showing values from 2.21 x 10-10 to 9.08 x 10-10 m2 s-1, whereas the introduction of the volumetric contraction of the grains in the liquid diffusion model during the drying process improves its estimate; k) during soaking, the bean grains differently expand toward the radial and axial directions, showing a higher variation in the lowest axis; l) the models by Bala and Woods, Lang and Sokhansanj, and Rahman as well as the Linear one show an adequate description for the volumetric expansion of the bean; m) the water absorption rate of the bean increases as the soaking temperature is increased, and the Peleg s model is recommended for describing the kinetics of this phenomenon at the temperature range under test; n) during the soaking process, the diffusion coefficient presents values of 1.07 x 10-9; 1.30 x 10-9; 1.58 x 10-9 and 1.41 x 10-9 m s-1 at the temperatures of 20, 30, 40 and 50 °C, respectively; o) the presence of the A. obtectus insect causes intense deterioration in the bean, therefore promoting either a reduction in the apparent specific mass and increase in the electric conductivity of the grains, so resulting into alteration in the technological quality of the product; p) the cooking time of the bean grains increases during the storage period, independently from the presence of the insect-pest; q) in the absence of A. obtectus, the protein content of the bean is not changed during the storage time, but the digestibility of the bean grain proteins is not affected by the presence of this insect neither by the storage time; r) the compression strength needed to deform the bean is decreased as the water content increases, therefore presenting values between 22.3 and 551.7 N for the repose position, and 10.5 and 253.1 N for compression with the hilum at horizontal position, but 11.6 and 143 N for compression with the hilum at vertical position; s) the proportional deformity module is increased as the water content and the product deformation are reduced, so obtaining values from 4.1 to 71.3 x 107 Pa within the water content range under study, as depending on the position of the grain when compressed; t) the bean grains showed higher resistance to the compression when subjected to efforts at the natural repose position; u) the infestation by the insect-pest during storage interferes into the mechanical behavior of the bean grains, therefore resulting into lowest resistance of the product to the applied strengths ; v) the increased soaking temperature promotes an increment in the elasticity of the bean grain tegument, therefore requiring higher strength for its rupture; w) with the increase in either the cooking time and the deterioration of the grains by the insect-pest there occurs a decrease in both resistance to the compression and maximum puncture strength of the bean grains.
Palavras-chave: Feijão
Propriedades físicas
Propriedades térmicas
Higroscopia
Qualidade
Beans
Physical properties
Thermic properties
Hygroscopy
Quality
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA::ENGENHARIA DE PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRICOLAS
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ
Programa: Doutorado em Engenharia Agrícola
Citação: RESENDE, Osvaldo. Variation in either the physical and mechanical properties and the quality of the bean (Phaseolus vulgaris L.) during the drying process and storage. 2006. 197 f. Tese (Doutorado em Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2006.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/624
Data do documento: 17-Fev-2006
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