ARTIGO CIENTÍFICO

Viscosidade aparente da polpa de manga espada

Apparent viscosity of espada mango pulp

Relyson Gabriel Medeiros de Oliveira^1*, Carlos Cesar Bezerra Lopes², João Carlos Soares de Melo³, Carlos Helaídio Chaves da Costa⁴, Adair Divino Silva Badaró⁵

¹Técnico em eletrotécnica, Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Campus Caicó, Caicó, 84 998809385, relysonrn@gmail.com; ²Técnico em informática, Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Campus Caicó, carloscesarlopes@gmail.com; ³Doutor em Engenharia de Processos, Instituto Federal do Rio Grande do Norte Campus Caicó, carlos.soares@ifrn.edu.br; ⁴Mestre em Ensino de Ciência e Matemática, Instituto Federal do Rio Grande do Norte Campus Caicó,carlos.chaves@ifrn.edu.br; ⁵Mestrando em Engenharia Têxtil, Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Campus Caicó, adair.badaro@ifrn.edu.br.

Recebido: 21/05/2018; Aprovado: 07/12/2018

Resumo: O conhecimento das propriedades reológicas dos produtos alimentares é fundamental para os processos de concepção e avaliação de equipamentos. A viscosidade aparente das polpas, por exemplo, varia bastante durante o seu processamento a ponto de inviabilizar o seu processamento com maiores concentrações. Logo, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento da viscosidade aparente da polpa de manga espada nas temperaturas de 15, 25, 35, 45 e 55 ºC e nas concentrações de 20 e 16 ºBrix. As medidas das viscosidades aparentes das polpas foram determinadas utilizando um viscosímetro rotativo analógico, em diferentes velocidades de rotação do equipamento (0,6, 1,5, 3,0; 6,0; 12; 30 e 60 rpm). Todos os experimentos foram realizados em triplicatas e, para o cálculo, foi utilizada a média dos valores obtidos. A viscosidade aparente da polpa de manga espada tendeu a diminuir com o aumento da velocidade de rotação e temperatura (nas concentrações estudadas). As polpas de manga espada apresentaram comportamento de um fluido não-newtoniano do tipo pseudoplástico. As equações ajustadas aos dados experimentais das viscosidades aparentes da polpa de manga espada podem ser usadas para estimar a viscosidade aparente da polpa de manga espada.

Palavras-chave: Fluido pseudoplástico; Viscosidade aparente; Energia de ativação

Abstract: The rheological properties knowledge about food products is vital to the processes of equipment design and evaluation. The apparent viscosity of the pulps, for example, varies a lot during its processing, and it can preclude this processing with higher concentrations. Therefore, the objective of this work is to study the apparent viscosity behavior of espada mango pulp at temperatures of 15, 25, 35, 45 and 55° C and at concentrations of 20 and 16° Brix. The pulps apparent viscosity measurements were determined using an analog rotational viscometer, at different rotation speeds of the equipment (0,6; 1,5; 3,0; 6,0; 12; 30 and 60 rpm). All experiments were carried out in triplicate and, for calculation, it was used the average of the obtained values. The apparent viscosity of espada mango pulp tended to decrease with the increasing of rotation speed and temperature (in the studied concentrations). The espada mango pulp presented a behavior of a non-Newtonian fluid, of a pseudoplastic fluid. The equations adjusted to the experimental data of the espada mango pulp apparent viscosity can be used to estimate their apparent viscosity.

Key words: Pseudoplastic fluid; Apparent viscosity; Activation energy

INTRODUÇÃO

A manga apresenta-se como uma excelente fonte de compostos bioativos, dos quais a vitamina C se destaca junto com os carotenoides, que são compostos que contribuem para a melhora da saúde (SOARES; SÃO JOSÉ, 2013). Por ser um fruto de regiões tropicais e subtropicais, esse fruto é procurado (in natura) pelas indústrias para fazer seus derivados: néctares, sucos, sorvetes e sobremesas (VIDAL et al., 2006). As propriedades reológicas de fluidos são importantes no desenvolvimento de novos produtos, em projetos de equipamentos e processos, no transporte e no controle de qualidade, dentre outras operações.

Frequentemente no processamento de sucos e polpas de frutas, são utilizados tratamentos térmicos, os quais são influenciados por inúmeros fatores, como a quantidade de sólidos solúveis e insolúveis, a distribuição do tamanho de partículas, temperatura, pressão, que influenciarão no comportamento da viscosidade aparente desses produtos (MIRANDA et al., 2011; BRAGA et al., 2013).

O conhecimento das propriedades reológicas dos alimentos torna-se necessário nas aplicações de controle de qualidade, conhecimento da estrutura física e, principalmente, nos processos de concepção e avaliação de equipamentos, refletindo-se no projeto de tubulações, bombas, trocadores de calor, evaporadores, esterilizadores e misturadores (MOURA et al., 2005; SOUSA et al., 2014).

A viscosidade aparente das polpas de frutas depende de suas características físico-químicas e estrutura e pode ser utilizada como parâmetro de qualidade e correlacionada com a textura e análise sensorial (FEITOSA et al., 2015). A determinação dos valores da viscosidade aparente é de grande importância prática nas especificações da polpa quando é comprada ou vendida e nos testes de qualidade de um produto (PEREIRA, 2007).

Muitos fluidos alimentícios, principalmente polpas e sucos de frutas, são classificados como não-newtoniano e apresentam comportamento pseudoplástico. Entre eles, podem-se citar a polpa de murta, pequi, graviola, melancia, jabuticaba, manga centrifugada e manga (FEITOSA et al., 2015; SOUSA et al., 2014; MIRANDA et al., 2011; GUEDES et al., 2010; SATO et al., 2007; VIDAL et al., 2006; VIDAL et al., 2004).

Geralmente, no processamento de polpa de frutas, utilizam-se tratamentos térmicos e/ou resfriamento, o que faz com que o estudo da influência da temperatura e concentração sobre o comportamento reológico destes produtos seja de grande importância. O objetivo deste trabalho foi determinar experimentalmente a viscosidade aparente da polpa de manga espada nas temperaturas de 15, 25, 35, 45 e 55 ºC e nas concentrações de 20 e 16 ºBrix, avaliando a influência da temperatura e concentrações nas propriedades físicas da polpa da manga espada.

MATERIAL E MÉTODOS

A pesquisa foi desenvolvida no laboratório de Química do Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Campus Caicó, na cidade de Caicó, Rio Grande do Norte.

As frutas foram adquiridas no comércio da cidade de Caicó, Rio Grande do Norte e transportadas para o Laboratorio de Química onde foram processadas e analisadas. Foram escolhidas as maduras e com uma textura firme, sem doenças nem bolores. Posteriormente, foram lavadas em água corrente e depois imersas 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. Foi utilizada, inicialmente, a polpa de manga integral com 20 ºBrix, enquanto a concentração de 16 ºBrix foi preparada por diluição com água destilada. Todos os experimentos foram realizados em triplicatas e, para o cálculo, foi utilizado a média dos valores obtidos. A concentração de sólidos solúveis (ºBrix) da polpa de manga foi realizada através de leitura direta com auxílio 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 manga foram determinadas utilizando um viscosímetro rotativo analógico da marca QUIMIS, modelo Q860A24, em diferentes velocidades de rotação (0,6, 1,5 ,3,0; 6,0; 12; 30 e 60 rpm) e nas temperaturas de 15, 25, 35, 45 e 55 ºC.

A influência da temperatura sobre a viscosidade aparente da polpa de manga espada 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. Fez-se a regressão linear destes dados obtendo-se os coeficientes da equação de onde se calculou a energia de ativação.

Em que:  – Viscosidade aparente (Pa s); 0 – 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)

Foi aplicado um modelo matemático (Equação 2) para verificar a dependência da viscosidade aparente (pa.s) da polpa da manga espada em relação à velocidade de rotação (rpm), através da regressão linear, utilizando-se o programa Statistica 5.0.

Em que:  – viscosidade aparente (Pa s); v – velocidade de rotação; a e b – constantes da equação.

Os resultados obtidos foram submetidos a análise de variância (Teste F), logo, caso significativo, as médias dos valores das viscosidades aparentes da polpa de manga espada foram comparadas por meio do teste de Tukey com significância de 5% de probabilidade através do software estatístico ASSISTAT versão 7.7 Beta (SILVA; AZEVEDO, 2009).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nas Tabelas 1 e 2, verifica-se os valores das viscosidades aparentes (Pa s) da polpa de manga espada nas concentrações de 20 e 16 ºBrix, respectivamente, em função das velocidades de rotação, nas temperaturas de 15, 25, 35, 45 e 55 ºC. Observa-se que o aumento da velocidade de rotação ocasionou uma tendência de diminuição dos valores médios de viscosidade aparente da polpa de manga espada em todas as temperaturas estudadas. No entanto, na Tabela 1, nas velocidades de 30 e 60 rpm, os valores de viscosidade tenderam permanecer constante, de acordo com o teste de Tukey(P<0,05).

Tabela 1. Viscosidade aparente (Pa.s) da polpa de manga com 20 ºBrix em função da velocidade de rotação e temperatura
Velocidade de rotação	Temperatura (ºC)
	15		25	35	45	55
0,6	146,67 aA	131,67 aB		116,67 aC	105,00 aD	68,33 aE
1,5	104,67 bA		80,00 bB	60,00 bC	55,33 bD	29,33 bE
3	56,33 cA		49,67 cB	35,00 cC	33,33 cC	19,33 cD
6	31,67 dA		29,33 dA	21,00 dB	19,83 dB	15,00 dC
12	17,83 eA		17,50 eA	12,67 eB	12,33 eBC	9,08 eC
30	8,57 fA		8,60 fA	6,17 fAB	6,37 fAB	4,23 fB
60	5,30 fA		5,17 fA	3,63 fA	3,85 fA	2,77 fA
** DMS colunas = 3,65; DMS para linhas = 3,37; MG = 38,64 Pa s; CV = 3,81%; MG: Média geral; CV: Coeficiente de variação e DMS: Desvio mínimo significativo. Obs.: Médias seguidas das mesmas letras minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade

Tabela 2. Viscosidade aparente (Pa.s) da polpa de manga com 16 ºBrix em função da velocidade de rotação e temperatura.
Velocidade de rotação	Temperatura (ºC)
	15	25	35	45	55
0,6	52,67 aA	49,00 aB	37,37 aD	37,33 aD	39,00 aC
1,5	26,67 bA	27,07 bA	22,00 bC	22,67 bB	22,40 bBC
3	17,40 cA	16,87 cA	14,00 cB	13,07 cC	13,47 cBC
6	9,70 dA	9,67 dA	8,07 dB	7,97 dB	8,03 dB
12	5,78 eA	5,87 eA	4,88 eB	4,92 eB	4,62 eB
30	2,95 fAB	3,02 fA	2,45 fABC	2,31 fBC	2,27 fC
60	1,81 gA	1,85 gA	1,48 gA	1,40 gA	1,35 gA
** DMS colunas = 3,65; DMS para linhas = 3,37; MG = 38,64 Pa s; CV = 3,81%; MG: Média geral; CV: Coeficiente de variação e DMS: Desvio mínimo significativo. Obs.: Médias seguidas das mesmas letras minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade

Lima et al. (2014) também verificaram que a viscosidade aparente da polpa de abacaxi diminuiu com o aumento da velocidade de rotação (1,5 a 60 rpm), nas temperaturas de 30 e 40ºC. Segundo Vidal et al (2006), esse comportamento deve-se em razão do aumento da temperatura diminuir a viscosidade na fase líquida, aumentando a mobilidade das partículas em suspensão, diminuindo consequentemente a viscosidade da polpa

Verifica-se, ainda em ambas as Tabelas, que os valores das viscosidades aparentes da polpa de manga espada, tenderam a diminuir com o aumento da temperatura, para a mesma velocidade de rotação, embora na velocidade de 60 rpm, nas Tabelas 1 e 2, os valores da viscosidade parente não apresentaram diferença estatística. Porém, nas velocidades de rotação de 0,6 e 1,5 rpm da Tabela 2, os valores da viscosidade aparente da polpa de manga apresentaram tendência de aumento. Miranda et al. (2011) verificaram que a viscosidade aparente da polpa de graviola, nas concentrações de 12, 17 e 25 °Brix, diminuíram com o aumento da temperatura de 10 a 50 ºC.

Observa-se, nas Figuras 1 e 2, que a polpa da manga espada, nas concentrações de 20 e 16 ºBrix, apresentaram comportamento de um fluido não-newtoniano do tipo pseudoplástico, pois ocorreu a diminuição da viscosidade aparente das polpas com o aumento da velocidade de rotação. Sousa et al. (2017), estudando o comportamento reológico da polpa de noni (Morinda citrifolia L.) integral e concentradas a 30 e 50°Brix, observaram que a polpa de noni eram fluidos não-newtonianos com comportamento pseudoplástico.

Figura 1. Viscosidade aparente em função da velocidade de rotação da polpa de manga espada com 16 ºBrix nas temperaturas de 15 a 55 ºC.

Figura 2. Viscosidade aparente em função da velocidade de rotação da polpa de manga espada com 20 ºBrix nas temperaturas de 15 a 55 ºC.

Nota-se, ainda, nas Figuras 1 e 2, que as equações das regressões da viscosidade da polpa de manga espada em função da velocidade de rotação para diferentes temperaturas podem ser usadas para estimar a viscosidade aparente da polpa de manga espada em função da velocidade de rotação, pois o menor coeficiente de determinação encontrado foi superior a 0,98.

Na Tabela 3, têm-se os valores dos parâmetros da equação de arrhenius, os quais são: viscosidade inicial (ηo), energia de ativação (Ea) e coeficiente de determinação (R2), obtidos através da equação de Arrhenius ao se ajustar aos dados experimentais da viscosidade aparente em função do inverso da temperatura. Segundo Bezerra et al. (2009), a energia de ativação indica a sensibilidade da viscosidade aparente em relação à alteração da temperatura, pois quanto maior for o valor da energia de ativação, mais sensível torna-se a viscosidade da amostra à mudança da temperatura.

Na Tabela 3, tem-se a energia de ativação (Ea) das polpas de manga espada, nas concentrações de 20 e 16ºBrix, o qual se encontra no limite de 12,459 a 22,753 kJ g1mol^-1, e 4,1793 a 6,9827 kJg^-1mol^-1, respectivamente. Quintana et al. (2015) determinaram valores de energia de ativação na faixa de 5,39 a 10,58kJ / mol para a polpa de manga Tommy, nas concentrações de 15 a 30 ºBrix. Giraldo et al. (2017) ao aplicar a equação de Arrhenius à viscosidade do suco de uchuva (Physalis peruviana), obtiveram valor de energia de ativação igual a 17,62 kJ/mol na concentração de 20 ºBrix.