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INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DE SECAGEM E
ARMAZENAMENTO SOBRE PRINCÍPIOS ATIVOS
DE INTERESSE DE DUAS ESPÉCIES MEDICINAIS:
GUACO (Mikania glomerata Spreng.) E
CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
PAULA MELO MARTINS
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE
DARCY RIBEIRO – UENF
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
JUNHO – 2005
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INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DE SECAGEM E
ARMAZENAMENTO SOBRE PRINCÍPIOS ATIVOS
DE INTERESSE DE DUAS ESPÉCIES MEDICINAIS:
GUACO (Mikania glomerata Spreng.) E
CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
PAULA MELO MARTINS
Tese apresentada ao Centro de
Ciências e Tecnologias Agropecuárias
da Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro, como parte
das exigências para obtenção do título
de Doutor em Produção Vegetal.
Orientador: Prof. Pedro Amorim Berbert
CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ
JUNHO – 2005
INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DE SECAGEM E ARMAZENAMENTO SOBRE
PRINCÍPIOS ATIVOS DE INTERESSE DE DUAS ESPÉCIES MEDICINAIS:
GUACO (Mikania glomerata Spreng.) E CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
PAULA MELO MARTINS
Tese apresentada ao Centro de
Ciências e Tecnologias Agropecuárias
da Universidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro, como parte
das exigências para obtenção do título
de Doutor em Produção Vegetal.
Aprovada em 27 de junho de 2005.
Comissão examinadora:
_________________________________________________________________
Professora Lêda Mathias D.S., Química de Produtos Naturais – UENF
_________________________________________________________________
Professora Rozimar de Campos Pereira D.S., Produção Vegetal – ISTCA
_________________________________________________________________
Professor Silvério de Paiva Freitas D.S., Fitotecnia – UENF
______________________________________________________________
Professor Pedro Amorim Berbert Ph.D., Engenharia Agrícola – UENF
Orientador
ii
Aos meus filhos, Antero e Antonio,
dedico este trabalho com todo meu amor.
Aos meus pais e irmão,
ofereço todo o reconhecimento desta obra.
iii
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, Força Criadora, que nos instiga e impulsiona sempre a
novos desafios.
Agradeço ao Prof. Pedro Amorim Berbert pelo seu convite para a produção
do trabalho e pela sua valorosa orientação durante sua execução.
Ao Prof. Bernd Honermeier pela dedicação e orientação dada ao trabalho
desenvolvido na Alemanha.
À CAPES pela concessão da bolsa de estudos.
Ao convênio CAPES/DAAD pela concessão da bolsa para complementação
desse trabalho de pesquisa na Alemanha.
Ao Prof. Silvério de Paiva Freitas e toda a equipe do Laboratório de
Fitotecnia – Setor de Plantas Medicinais, que sempre acreditaram no trabalho,
valorizando o esforço de cada etapa.
Aos professores do Laboratório de Química de Produtos Naturais que
mantiveram sempre as portas abertas para a execução das análises químicas.
Ao Prof. Edênio Detmann pelo auxílio na avaliação estatística dos dados.
À Prof
a
Rozimar de Campos Pereira pela grande contribuição na valorização
do trabalho, ajuda e acolhida.
Ao Prof. Evandro de Castro Melo do Departamento de Engenharia Agrícola
da Universidade Federal de Viçosa – MG.
Aos colegas de laboratório Rafael Gomes Dionello, Vinicius de Oliveira
Carlesso e Marcia Terezinha Ramos de Oliveira, sem os quais este trabalho não
teria chegado ao fim.
iv
Aos professores e funcionários do Laboratório de Engenharia Agrícola –
LEAG, especialmente à secretária Ana Maria Carvalho Braga Pessanha, meu
profundo agradecimento.
Aos queridos amigos e amigas, que aqui estão e aqueles que já se foram,
os quais fizeram felizes meus momentos em Campos e fora do país.
Ao grande amor da minha vida por ter me apoiado e esperado todo este
tempo.
v
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS..................................................................................... iii
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................... viii
LISTA DE TABELAS ..................................................................................... xii
LISTA DE ANEXOS ...................................................................................... xvi
RESUMO ...................................................................................................... xvii
ABSTRACT ................................................................................................... xx
I. INTRODUÇÃO GERAL ……………………………………………………….. 1
II. REVISÃO DE LITERATURA .....................................................................
6
1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DA SECAGEM POR CONVECÇÃO 6
1.1. Período de secagem à taxa constante ................................
7
1.2. Período de secagem à taxa decrescente ............................
8
1.3. Equações teóricas de secagem .......................................... 9
1.3.1. Placa plana infinita ...................................................
10
1.3.2. Cilindro sólido infinito ............................................... 11
1.3.3. Cilindro sólido finito ..................................................
12
1.3.4. Corpos esféricos ...................................................... 12
1.4. Modelos empíricos e semiteóricos de secagem ................. 13
2. SECAGEM DE PLANTAS MEDICINAIS E AROMÁTICAS .............. 16
3. ARMAZENAMENTO DE PLANTAS MEDICINAIS, AROMÁTICAS
E CONDIMENTARES .......................................................................
20
vi
3.1. Conceito de embalagem ..................................................... 20
3.2. Função das embalagens ..................................................... 21
4. CONSIDERAÇÕES SOBRE AS ESPÉCIES .................................... 24
4.1. Guaco – Mikania glomerata Sprengel ................................. 24
4.1.1. Fitoquímica das cumarinas C
9
H
6
O
2
......................... 27
4.2. Calêndula (Calendula officinalis L.) .....................................
28
III. TRABALHOS ........................................................................................... 30
1. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DO GUACO (Mikania glomerata
Spreng.) ...........................................................................................
30
RESUMO ....................................................................................
30
ABSTRACT ................................................................................ 31
1.1 INTRODUÇÃO ..................................................................... 32
1.2. MATERIAL E MÉTODOS .................................................... 33
1.2.1. Experimento de secagem ........................................ 34
1.2.2. Avaliação da composição química ...........................
41
1.2.3. Delineamento experimental da secagem ................ 42
1.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................... 43
1.4. CONCLUSÕES ................................................................... 57
1.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................... 58
2. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DA CALÊNDULA (Calendula
officinalis L.) .....................................................................................
61
RESUMO ....................................................................................
61
ABSTRACT ................................................................................ 62
2.1 INTRODUÇÃO ..................................................................... 62
2.2. MATERIAL E MÉTODOS .................................................... 63
2.2.1. Experimento de secagem ........................................ 64
2.2.2. Avaliação da composição química ...........................
66
2.2.3. Delineamento experimental da secagem ................ 69
2.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................... 71
2.4. CONCLUSÕES ...................................................................
87
2.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................... 88
3. INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO E
EMBALAGEM SOBRE PRINCÍPIOS ATIVOS DE CALÊNDULA
(Calendula officinalis L.) .................................................................
91
vii
RESUMO ....................................................................................
91
ABSTRACT ................................................................................ 92
3.1. INTRODUÇÃO .................................................................... 93
3.2. MATERIAL E MÉTODOS .................................................... 94
3.2.1. Condições de armazenamento e embalagem ......... 94
3.2.2. Análises químicas .................................................... 96
3.2.2.1. Teor de água ................................................ 96
3.2.2.2. Flavonóides .................................................. 97
3.2.2.3. Carotenos e xantofilas ..................................
98
3.2.3. Análises microbiológicas ..........................................
99
3.2.3.1. Contagem de bactérias aeróbicas ................
100
3.2.3.2. Fungos ......................................................... 100
3.2.3.3. Enterobactérias ............................................ 101
3.2.4. Análise estatística dos tratamentos de
armazenamento ..................................................
101
3.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................... 102
3.3.1. Teor de água ............................................................
102
3.3.2. Flavonóides ..............................................................
104
3.3.3. Carotenos ................................................................ 106
3.3.4. Xantofilas ................................................................. 108
3.3.5. Bactérias aeróbicas e fungos ...................................
109
3.3.6. Enterobactérias ........................................................
112
3.4. CONCLUSÕES ................................................................... 113
3.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................... 114
IV. RESUMO E CONCLUSÕES GERAIS .....................................................
116
1. Experimento 1 ...................................................................................
117
2. Experimento 2 ...................................................................................
118
3. Experimento 3 ...................................................................................
118
V. ANEXOS ..................................................................................................
119
VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GERAIS ......................................... 123
viii
LISTA DE FIGURAS
II. REVISÃO DE LITERATURA
Figura nº Descrição da figura Pag.
Figura 1. Guaco (Mikania glomerata Sprengel)......................................... 25
Figura 2. Detalhe da folha do guaco (Mikania glomerata Sprengel)......... 25
Figura 3. Estrutura química da cumarina...................................................
27
Figura 4. Inflorescência da calêndula (Calendula officinalis L.).................
29
III. TRABALHOS
1. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DO GUACO (Mikania glomerata
Spreng.)
Figura nº Descrição da figura Pag.
Figura 1. Disposição das folhas de guaco na bandeja.............................. 34
Figura 2. Secador experimental de leito fixo............................................. 35
Figura 3. Bandeja circular de diâmetro interno igual a 25 cm................... 35
Figura 4. Diafragma regulável localizado na entrada do ventilador...........
36
Figura 5. Dispositivo acoplado sobre a câmara de secagem para
otimizar a medição da velocidade do ar de secagem................
36
ix
LISTA DE FIGURAS (continuação)
1. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DO GUACO (Mikania glomerata
Spreng.)
Figura nº Descrição da figura Pag.
Figura 6. Variação da razão de umidade em função do tempo de
secagem das folhas de guaco para velocidade do ar de 0,25
m s
-1
e valores indicados de temperatura. ∆, 40 ºC; š, 50 ºC e
¯, 60 ºC.....................................................................................
45
Figura 7. Variação da razão de umidade em função do tempo de
secagem das folhas de guaco para velocidade do ar de 0,50
m s-1 e valores indicados de temperatura. ∆, 40 ºC; ¯, 50 ºC
e ¨, 60 ºC..................................................................................
45
Figura 8. Variação da razão de umidade em função do tempo de
secagem das folhas de guaco para velocidade do ar de 1,00
m s
-1
e valores indicados de temperatura. ¯, 40 ºC; ¨, 50 ºC
e ∆, 60 ºC...................................................................................
46
Figura 9. Tempo total médio de secagem das folhas de guaco em
função da temperatura do ar de secagem e velocidade de
0,25 m s
-1
....................................................................................
46
Figura 10.
Tempo total médio de secagem das folhas de guaco em
função da temperatura do ar de secagem e velocidade de
0,50 m s
-1
....................................................................................
47
Figura 11.
Tempo total médio de secagem das folhas de guaco em
função da temperatura do ar de secagem e velocidade de
1,00 m s
-1
....................................................................................
47
Figura 12.
Influência da velocidade do ar (0,25, 0,50 e 1,00 m s
-1
) no
processo gradativo de redução da razão de umidade das folhas
de guaco em função do tempo de secagem, para temperaturas
de 40, 50 e 60 ºC. ◊, 40 ºC e 0,25 m s
-1
; , 40 ºC e 0,50 m s
-1
;
?, 40 ºC e 1,00 m s
-1
; x, 50 ºC e 0,25 m s
-1
; ?, 50 ºC e 0,50 m
s
-1
; ? 50 ºC e 1,00 m s
-1
; + 60 ºC e 0,25 m s
-1
; −, 60 ºC e 0,50 m
s
-1
; ? 60 ºC e 1,00 m s
-1
...............................................................
49
2.
SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DA CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
Figura nº Descrição da figura Pag.
Figura 1. Esquema do protótipo de secador utilizado............................... 65
x
LISTA DE FIGURAS (continuação)
2.
SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DA CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
Figura nº Descrição da figura Pag.
Figura 2. Variação da razão de umidade em função do tempo de
secagem de flores de calêndula para velocidade do ar de 0,25
m s
-1
e valores indicados de temperatura. ∆, 40 ºC; š
, 50 ºC;
¯, 60 ºC e ¨, 70 ºC...................................................................
73
Figura 3. Variação da razão de umidade em função do tempo de
secagem de flores de calêndula para velocidade do ar de 0,50
m s
-1
e valores indicados de temperatura. ∆, 40 ºC; š
, 50 ºC;
¯, 60 ºC e ¨, 70 ºC...................................................................
73
Figura 4. Tempo médio total de secagem de flores de calêndula em
função da temperatura do ar de secagem e para velocidade
de 0,25 m s
-1
...............................................................................
74
Figura 5. Tempo médio total de secagem de flores de calêndula em
função da temperatura do ar de secagem e para velocidade
de 0,50 m s
-1
...............................................................................
75
Figura 6. Influência da velocidade do ar (0,25 e 0,50 m s
-1
) no processo
gradativo de redução da razão de umidade de flores de
calêndula em função do tempo de secagem para
temperaturas de 40 e 50 ºC. ¢, 40 ºC e 0,25 m s
-1
; ¨, 40 ºC
e 0,50 m s
-1
; ˜, 50 ºC e 0,25 m s
-1
; š, 50 ºC e 0,50 m s
-1
.......
75
Figura 7. Influência da velocidade do ar (0,25 e 0,50 m s
-1
) no processo
gradativo de redução da razão de umidade de flores de
calêndula em função do tempo de secagem para
temperaturas de 60 e 70 ºC. p, 60 ºC e 0,25 m s
-1
; r, 60 ºC
e 0,50 m s
-1
; ˜, 70 ºC e 0,25 m s
-1
; š, 70 ºC e 0,50 m s
-1
.......
76
Figura 8. Cromatograma do extrato acetônico das flores de calêndula
submetidas à secagem a 40 ºC. a) 0,25 m s
-1
e b) 0,50 m s
-1
...
83
Figura 9. Cromatograma do extrato acetônico das flores de calêndula
submetidas à secagem a 50 ºC. a) 0,25 m s
-1
e b) 0,50 m s
-1
...
84
Figura 10.
Cromatograma do extrato acetônico das flores de calêndula
submetidas à secagem a 60 ºC. a) 0,25 m s
-1
e b) 0,50 m s
-1
...
85
Figura 11.
Cromatograma do extrato acetônico das flores de calêndula
submetidas à secagem a 70 ºC. a) 0,25 m s
-1
e b) 0,50 m s
-1
...
86
xi
LISTA DE FIGURAS (continuação)
3. INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO E EMBALAGEM
NA COMPOSIÇÃO DOS PRINCÍPIOS ATIVOS DE CALÊNDULA
(Calendula officinalis L.)
Figura nº Descrição da figura Pag.
Figura 1. Teor de água do produto durante o armazenamento,
empregando-se dois tipos de embalagem: C (papel Kraft com
filme interno de polietileno) e S (papel Kraft sem filme interno
de polietileno). No caso do tratamento a 25 ºC e 80% de UR,
o termo S refere-se à embalagem sem o uso do papel Kraft.....
103
Figura 2. Teor de flavonóides das flores de calêndula durante o
armazenamento, empregando-se dois tipos de embalagem: C
(papel Kraft com filme interno de polietileno) e S (papel Kraft
sem filme interno de polietileno). No caso do tratamento a 25
ºC e 80% de UR, o termo S refere-se à embalagem sem o uso
do papel Kraft.............................................................................
106
Figura 3. Teor de carotenos das flores de calêndula durante o
armazenamento, empregando-se dois tipos de embalagem: C
(papel Kraft com filme interno de polietileno) e S (papel Kraft
sem filme interno de polietileno). No caso do tratamento a 25
ºC e 80% de UR, o termo S refere-se à embalagem sem o uso
do papel Kraft.............................................................................
108
Figura 4. Teor de xantofilas das flores de calêndula durante o
armazenamento, empregando-se dois tipos de embalagem: C
(papel Kraft com filme interno de polietileno) e S (papel Kraft
sem filme interno de polietileno). No caso do tratamento a 25
ºC e 80% de UR, o termo S refere-se à embalagem sem o uso
do papel Kraft.............................................................................
110
Figura 5. Contagem de bactérias aeróbicas em flores de calêndula
durante o armazenamento, empregando-se dois tipos de
embalagem: C (papel Kraft com filme interno de polietileno) e
S (papel Kraft sem filme interno de polietileno). No caso do
tratamento a 25 ºC e 80% de UR, o termo S refere-se à
embalagem sem o uso do papel Kraft........................................
111
Figura 6. Contagem de fungos em flores de calêndula durante o
armazenamento, empregando-se dois tipos de embalagem: C
(papel Kraft com filme interno de polietileno) e S (papel Kraft
sem filme interno de polietileno). No caso do tratamento a 25
ºC e 80% de UR, o termo S refere-se à embalagem sem o uso
do papel Kraft.............................................................................
112
xii
LISTA DE TABELAS
III. TRABALHOS
1. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DO GUACO (Mikania glomerata
Spreng.)
Tabela nº
Descrição da tabela Pag.
Tabela 1. Condições médias do ar e das folhas de M. glomerata
Spreng. para temperaturas de secagem de 40, 50 e 60 ºC e
velocidade do ar de 0,25 m s
-1
.................................................
38
Tabela 2. Condições médias do ar e das folhas de M. glomerata
Spreng. para temperaturas de secagem de 40, 50 e 60 ºC e
velocidade do ar de 0,50 m s
-1
.................................................
39
Tabela 3. Condições médias do ar e das folhas de M. glomerata
Spreng. para temperaturas de secagem de 40, 50 e 60 ºC e
velocidade do ar de 1,00 m s
-1
.................................................
40
Tabela 4. Modelos matemáticos de secagem em camada delgada
aplicados às curvas experimentais de redução da razão de
umidade em função do tempo para folhas de guaco (Mikania
glomerata Spreng.)...................................................................
42
Tabela 5. Valores médios, por tratamento, dos teores de água inicial
(Ui), final (Uf) e tempo de secagem das folhas de guaco........
43
Tabela 6. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio
relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão e
valores de coeficientes e variáveis, segundo o modelo de
Midilli e colaboradores..............................................................
50
xiii
LISTA DE TABELAS (continuação)
III. TRABALHOS
1. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DO GUACO (Mikania glomerata Spreng.)
Tabela nº Descrição da tabela Pag.
Tabela 7. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo
(P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão e valores de
coeficientes e variáveis, segundo o modelo de Page................
51
Tabela 8. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo
(P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão e valores de
coeficientes e variáveis, segundo o modelo Difusional por
Aproximação...............................................................................
52
Tabela 9. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo
(P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão e valores de
coeficientes e variáveis, segundo o modelo de
Thompson...................................................................................
53
Tabela 10. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo
(P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão e valores de
coeficientes e variáveis, segundo o modelo de Henderson e
Pabis Modificado........................................................................
54
Tabela 11. Teor de cumarina das folhas de guaco frescas e submetidas
aos tratamentos de secagem.....................................................
56
Tabela 12. Teor de cumarina (µg g
-1
) obtido nos tratamentos de secagem
das folhas de guaco ..................................................................
57
2.
SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DA CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
Tabela nº Descrição da tabela Pag.
Tabela 1. Condições médias do ar e das flores de C. officinalis para
temperaturas de secagem de 40, 50, 60 e 70 ºC para
velocidade de 0,25 m s
-1
.............................................................
68
Tabela 2. Condições médias do ar e das flores de C. officinalis para
temperaturas de secagem de 40, 50, 60 e 70 ºC para
velocidade de 0,50 m s
-1
.............................................................
68
xiv
LISTA DE TABELAS (continuação)
2.
SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DA CALÊNDULA (Calendula officinalis L.)
Tabela nº
Descrição da tabela Pag.
Tabela 3. Modelos matemáticos de secagem em camada delgada
aplicados às curvas experimentais de redução da razão de
umidade em função do tempo para flores de calêndula
(Calendula officinalis L.)...........................................................
70
Tabela 4. Valores médios, por tratamento, dos teores de água inicial
(Ui), final (Uf) e tempo de secagem das flores de calêndula...
72
Tabela 5. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio
relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o
modelo de Midilli e colaboradores, para a secagem de folhas
de guaco...................................................................................
78
Tabela 6. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio
relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o
modelo de Page, para a secagem de folhas de guaco............
79
Tabela 7. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio
relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o
modelo Difusuinal por Aproximação, para a secagem de
folhas de guaco........................................................................
80
Tabela 8. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio
relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o
modelo de Thompson, para a secagem de folhas de guaco...
81
Tabela 9. Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio
relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o
modelo de Henderson e Pabis modificado, para a secagem
de folhas de guaco...................................................................
82
3. INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO E EMBALAGEM
NA COMPOSIÇÃO DOS PRINCÍPIOS ATIVOS DE CALÊNDULA
(Calendula officinalis L.)
Tabela nº
Descrição da tabela Pag.
Tabela 1. Condições experimentais do Projeto Calêndula 2004............. 95
xv
LISTA DE TABELAS (continuação)
3. INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE ARMAZENAMENTO E EMBALAGEM
NA COMPOSIÇÃO DOS PRINCÍPIOS ATIVOS DE CALÊNDULA
(Calendula officinalis L.)
Tabela nº
Descrição da tabela Pag.
Tabela 2. Datas da coleta das amostras para análises............................
96
Tabela 3. Composição do meio K7-Extra para crescimento de bactérias
aeróbicas..................................................................................
100
Tabela 4. Composição do meio MEA para crescimento de fungos..........
100
Tabela 5. Composição do meio MacConkey para caracterização de
enterobactérias.........................................................................
101
Tabela 6. Teor de água das flores de calêndula durante o
armazenamento. O teor de água inicial foi de 5,6% b.u...........
103
Tabela 7. Teor de flavonóides (% em relação à matéria-seca) das flores
de calêndula armazenadas. O teor inicial de flavonóides foi de
0,52%.............................................................................................
105
Tabela 8. Teor de carotenos (% em relação à matéria-seca) das flores de
calêndula armazenadas. O teor inicial de carotenos foi de
0,15%........................................................................................
107
Tabela 9. Teor de xantofilas (% em relação à matéria-seca) das flores de
calêndula armazenadas. O teor inicial de xantofilas foi de
0,27%........................................................................................
109
xvi
LISTA DE ANEXOS
Anexo nº Descrição do anexo Pag.
Anexo 1. Fluxograma da análise de flavonóides por espectrofotometria 120
Anexo 2. Fluxograma da análise de carotenóides e xantofila por
espectrofotometria....................................................................
121
Anexo 3. Limites permitidos para a presença de microorganismos em
matéria-prima medicinal vegetal. Fonte: Farmacopéia
Européia...................................................................................
122
xvii
RESUMO
MARTINS, Paula Melo; Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro;
Junho de 2005. Influência de parâmetros de secagem e armazenamento sobre
princípios ativos de interesse de duas espécies medicinais: guaco (Mikania
glomerata Spreng.) e calêndula (Calendula officinalis L.). Professor Orientador:
Pedro Amorim Berbert. Professores Conselheiros: Lêda Mathias e Silvério de
Paiva Freitas.
Este trabalho teve por objetivo avaliar a influência de parâmetros do ar de
secagem, temperatura e velocidade, sobre a composição química das folhas de
guaco (Mikania glomerata Spreng.) e dos receptáculos florais de calêndula
(Calendula officinalis L.). Além disso, determinou-se o nível de adequação de cinco
modelos matemáticos de simulação de secagem às curvas experimentais de
variação da razão de umidade em função do tempo. Os testes experimentais foram
realizados utilizando-se secador experimental de camada delgada, com sistema de
aquecimento do ar por meio de resistências elétricas e velocidade do ar controlada
manualmente por válvula do tipo diafragma. As folhas de guaco foram submetidas
a três temperaturas do ar de secagem, 40, 50 e 60 ºC, e três níveis de velocidade
do ar, 0,25, 0,50 e 1,00 m s
-1
. A calêndula foi submetida a quatro temperaturas do
ar de secagem, 40, 50, 60 e 70 ºC, e dois níveis de velocidade do ar, 0,25 e 0,50
m s
-1
. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, em esquema
fatorial, com 3 repetições. As curvas de secagem em camada delgada foram
xviii
obtidas por regressão não-linear. A avaliação do efeito das condições de
armazenamento e do tipo de embalagem sobre a estabilidade de componentes
químicos foi realizada somente com a espécie calêndula. O teor de água inicial
médio das amostras foi de 5,6% b.u. e a quantificação das substâncias de
interesse, flavonóides, carotenos e xantofilas, foi feita aos 27, 62, 97, 120 e 149
dias de armazenamento. Além disso, procedeu-se à análise microbiológica das
amostras secas de calêndula por meio da contabilização de bactérias aeróbicas
totais, fungos totais e enterobactérias ao longo do armazenamento. Foram
testadas diferentes combinações de temperatura e umidade relativa em ambiente
controlado: 30 ºC e 80%; 30 ºC e 20%; e em local sem controle dos parâmetros
ambientais, com os seguintes valores médios de temperatura e umidade relativa,
respectivamente: 15 ºC e 75%; 7 ºC e 90%; 25 ºC e 80%. As embalagens
utilizadas foram sacos de polietileno de baixa densidade revestidos externamente
com papel Kraft e sacos de papel Kraft sem o polietileno. O delineamento
experimental foi inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 5 (dois tipos de
embalagem e cinco condições de armazenamento), com quatro repetições. O
produto obtido em cada tratamento de secagem foi submetido à análise de
composição química por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE),
comparando-se as áreas obtidas em cada pico do cromatograma com o pico
representado pelo padrão externo, para ambas as espécies. A análise química das
amostras de flores de calêndula imediatamente depois da secagem e durante o
armazenamento foi feita utilizando-se técnicas em espectrofotometria e em
cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). O guaco apresentou secagem
uniforme, obtendo-se elevados teores de cumarina no produto secado a 40 e 50
ºC. A secagem a 60 ºC transcorreu de forma desuniforme, com o produto
apresentando elevado gradiente de umidade final e descoloração, apesar do
aumento do teor de cumarina em relação ao material vegetal fresco. A
concentração de cumarina nas folhas secas do guaco, em todos os tratamentos,
foi influenciada exclusivamente pelo fluxo de ar de secagem, sem efeito da
temperatura. O modelo matemático que melhor se ajustou à variação
experimental da razão de umidade em função do tempo de secagem, em camada
fina, das folhas de guaco foi o de Midilli e colaboradores, para as temperaturas de
50 e 60 ºC. Para o caso das flores de calêndula, este modelo foi também o que
melhor se ajustou à curva experimental de secagem a 70 ºC. Para a menor
xix
temperatura avaliada, 40 ºC, o modelo de Henderson e Pabis Modificado foi o que
proporcionou o melhor ajuste. Os níveis de temperatura e velocidade do ar
empregados na secagem da calêndula não são indicados para detecção e
quantificação de β-caroteno em suas flores. De maneira geral, os flavonóides
permaneceram relativamente estáveis durante o experimento de armazenamento.
Embalagens com o filme plástico apresentaram-se desfavoráveis em todas as
condições de armazenamento.
xx
ABSTRACT
MARTINS, Paula Melo. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro
[Northern Rio de Janeiro State University]. June 2005. Effect of drying and storage
parameters on the availability of some active principles of two medicinal plant
species: guaco (Mikania glomerata Spreng.) and marigold (Calendula officinalis L.).
Supervised by Pedro Amorim Berbert, Ph.D. Thesis Committee Members: Dr. Lêda
Mathias and Dr. Silvério de Paiva Freitas.
The object of the present study was to assess the effect of drying parameters, air
temperature and velocity, on the availability of some chemical compounds and
active principles of interest in dried leaves of guaco (Mikania glomerata Spreng.)
and flower heads of marigold (Calendula officinalis L.). Work was also performed to
investigate the good-of-fitness of five thin-layer drying models to the experimental
curve describing the variation of their moisture ratio as a function of time.
Experimental drying runs were performed in thin-layers in a prototype laboratory
drier with an upward airflow design, consisting of electric resistance air heaters and
a manually operated diaphragm valve. Guaco leaves drying tests were conducted
combining three levels of drying-air temperature (40, 50, and 60 ºC) with three
levels of drying-air velocity (0.25, 0.50 and 1.00 m s
-1
). Marigold heads were dried
at 40, 50, 60, and 70 ºC, employing two levels of drying-air velocity, 0.25 and 0.50
m s
-1
. The experiment was set up using a completely randomised design with
treatments having a factorial structure, each replicated three times. The parameters
of the thin-layer drying equations were obtained through nonlinear statistical
regression analysis. Assessment of the effect of storage conditions, including the
type of packaging, on the stability of chemical compounds were performed solely
xxi
with marigold heads with initial moisture content of 5.6% w.b. Chemical compounds
of interest, i.e., flavonoids, carotenoids (xanthophyll and carotene), were quantified
at the following storage periods: 27, 62, 97, 120 and 149 days. Samples were also
used to test for the presence of Salmonella and E. coli, and the amount of total
aerobic bacteria and total fungi were also determined in dried marigold heads. The
following different combinations of controlled temperature and relative humidity
conditions were assessed during storage: 30 ºC and 80%; 30 ºC and 20%. Storage
under uncontrolled conditions was performed with the following mean values of
temperature and relative humidity, respectively: 15 ºC and 75%, 7 ºC and 90%, and
25 ºC and 80%. Samples were stored in two types of packaging materials: Kraft
paper bags, and low density polyethylene (LDPE) bags coated with Kraft paper.
Statistical analysis of storage data was performed employing completely
randomised design with treatments having a 2 x 5 factorial structure (two types of
packaging and five storage conditions), each replicated four times. Chemical
analyses of dried samples of guaco leaves and marigold heads were performed
employing High Performance Liquid Chromatography (HPLC), where peaks of
these compounds of interest were matched to those in the computer library.
Chemical analyses of calendula heads during storage were performed by
spectrophotometry and HPLC. Drying of guaco leaves was uniform and high
coumarin levels were obtained in samples dried at 40 and 50 ºC. Drying at 60 ºC
was not uniform and resulted in discoloured dried leaves with a high final moisture
content gradient. Nonetheless, even at this temperature, coumarin levels in dried
samples were higher than in fresh leaves. Results showed that coumarin level in
dried leaves was affected solely by drying air velocity. The thin-layer drying
equation proposed by Midilli and his associates was the model capable of
predicting the drying curves of guaco leaves at 50 and 60 ºC with the best level of
accuracy. It was also the most suitable model for the thin-layer drying of marigold
heads at 70 ºC. Marigold drying curves at 40 ºC were best fitted by the modified
Henderson and Pabis equation. The levels of drying-air temperature and velocity
employed in this study were considered unsatisfactory to produce marigold
samples for detection and measurement of β-carotene. Levels of flavonoids did not
vary significantly with respect to storage time. Packaging containing LDPE was
considered unsatisfactory for the storage of marigold heads in all treatments
analysed.
I. INTRODUÇÃO GERAL
O uso de plantas medicinais, aromáticas e condimentares é um dos
costumes mais antigos e universais da espécie humana. Estudos arqueológicos
demonstram que há mais de 3.000 anos as ervas vêm sendo utilizadas como
alimento, medicamento e até como cosmético (Teske e Trentini, 2001). Não
importa a cultura ou sociedade que se considere, até hoje é possível se encontrar
plantas sendo largamente utilizadas pelo homem, seja devido às suas
propriedades curativas seja devido ao seu potencial como matéria-prima em vários
segmentos da economia.
De acordo com World Trade Organization (WTO) ou Organização Mundial
do Comércio (OMC), a proporção das plantas utilizadas no preparo de produtos
farmacêuticos chega à terça parte das substâncias empregadas na terapia
alopática tradicional. Estima-se que das cerca de 250.000 espécies existentes no
globo terrestre, de 35.000 a 70.000 têm sido usadas com intuito medicinal em
algum país (WTO, 2002).
Tanto países desenvolvidos como aqueles em desenvolvimento utilizam as
plantas medicinais. Nos primeiros, as plantas não só constituem matérias-primas
para a produção industrial de derivados sintéticos puros, mas assim como nos
países em desenvolvimento, fazem parte de extratos ou compostos fitoterápicos
utilizados no tratamento das mais diversas enfermidades.
As plantas medicinais, aromáticas e condimentares têm sido utilizadas
como terapêuticas, aromatizantes e flavorizantes nas indústrias farmacêutica,
2
cosmética e alimentícia, respectivamente. Pesquisas indicam aumento regular no
mercado de produtos naturais, apresentando média anual de crescimento
estimada em 20% nos setores industriais de perfumaria e aromatizantes para
produtos alimentícios, assim como em setores de processamento de óleos
essenciais (Verlet, 1992). Estimativas de Demarchi (2001) revelaram que o
mercado de fitoterápicos cresceu 10% na América Latina, movimentando cerca de
U$ 5,6 milhões por ano somente no Brasil. Segundo a ABIFITO (2004), esta
estimativa do mercado mundial no ano de 2003 foi de U$ 400 milhões, sendo que
a cadeia produtiva de plantas medicinais, aromáticas e condimentares em nosso
país movimenta cerca de R$ 1 bilhão, empregando atualmente 100 mil pessoas.
Compêndios como os da World Health Organization (WHO), ou
Organização Mundial da Saúde (OMS), (WHO, 1998) e de autoridades nacionais e
internacionais como a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA, 2000) e
European Pharmacopoeia (2000) sugeriram diretrizes gerais para o
estabelecimento de um sistema apropriado de controle de qualidade, que se inicie
desde o plantio até o processamento da matéria-prima, com o máximo
aproveitamento da biodiversidade sem, contudo, ameaçar as espécies de extinção.
Atualmente, o estudo das plantas medicinais e aromáticas está sendo
abordado também sob o enfoque agrícola, servindo como alternativa de produção
para pequenos, médios e grandes produtores. Já existem no Brasil, principalmente
na Região Sul, cooperativas de pequenos produtores de plantas medicinais, como
a Central de Plantas Medicinais do Paraná, fundada em 1995, que no ano de 2000
comercializou 35 t de plantas secas, com estimativa de 50 t para 2001 (Pereira
Filho, 2001).
As pesquisas, no âmbito nacional, acerca da influência dos parâmetros do
ar de secagem e das condições de armazenamento sobre a composição química
de plantas medicinais e aromáticas são ainda incipientes. Como recomenda a
Academia Brasileira de Ciências (1998), programas de pesquisa que abordam o
tema plantas medicinais devem ser necessariamente formados por equipes
multidisciplinares, daí uma provável causa da morosidade na produção de
trabalhos científicos e tecnológicos com tais características. Ainda de acordo com
a mesma instituição, o mercado mundial de fitoterápicos movimentou cerca de
US$ 12,4 bilhões, sendo que deste montante, US$ 355 milhões foram
provenientes de medicamentos produzidos a partir de plantas brasileiras. Knapp
3
(2001) estima que o mercado mundial, no segmento relacionado à medicina
preventiva e natural, gerou cerca de US$ 22 bilhões no ano de 2000.
No âmbito do pré-processamento, a secagem é sem dúvida a operação
unitária mais importante para se manter a qualidade de um produto, valorizando
suas características seja na comercialização, no consumo e/ou no armazenamento.
O material vegetal depois da colheita apresenta, geralmente, altos valores de teor
de água e elevados níveis de contaminação microbiana, que devem ser
minimizados com a secagem e condições seguras de armazenamento (Gould, 1996;
Soysal e Öztekin, 1999; Kneifel et al., 2002). São poucos os dados sobre o controle
de processos durante a secagem e armazenamento de plantas medicinais
encontrados na literatura (Montanari Jr., 1999; Rehder et al., 1998), necessitando-se
de estudos científicos mais aprofundados sobre a influência destes parâmetros na
alteração qualitativa e quantitativa da composição química das espécies em geral e
daquelas a serem pesquisadas neste trabalho em particular, uma vez que estas
apresentam potencial econômico para larga utilização pela indústria em nosso país.
Em razão da crescente demanda por plantas medicinais e aromáticas no
mercado internacional, a secagem artificial vem sendo considerada um dos
processos mais importantes no pré-processamento destes produtos agrícolas,
visando sua subseqüente estocagem, seu processamento industrial ou sua
comercialização. O efeito da secagem sobre os constituintes químicos voláteis de
várias plantas aromáticas e de outros vegetais tem sido objeto de diversos estudos
(Baritaux et al., 1992; Müller et al., 1992; Raina et al., 1996; Venskutonis et al., 1996;
Venskutonis, 1997; Martins, 2000; Park et al., 2000; Zitterl-Eglsser et al., 2000;
Blanco et al., 2002a; Blanco et al., 2002b), os quais relacionam as mudanças de
concentração dos componentes com as características do método de secagem e os
parâmetros relativos ao produto sujeito à secagem. A grande maioria dos
metabólitos secundários altera-se tanto por fatores ambientais como por
procedimentos pós-colheita (Charles et al., 1993; Gould, 1996; Wills e Stuart, 2000).
A remoção da água durante o processo de secagem apresenta algumas
vantagens, notadamente econômicas, sobre os demais processos de conservação
(conservação pelo frio ou calor, liofilização, etc), já que pode reduzir os gastos com
armazenamento e distribuição dos produtos secos, em virtude da redução de
massa e volume (Stringheta, 1984).
4
Os limites da temperatura do ar de secagem são determinados em função
da sensibilidade dos componentes químicos e das estruturas que os armazenam,
uma vez que o produto, durante a secagem em períodos de taxa decrescente, tem
a sua temperatura aumentada, aproximando-se daquela na qual esse processo se
desenvolve.
Outro fator de extrema relevância na qualidade química de plantas
medicinais submetidas à secagem é a velocidade do ar usada no processo. Em
algumas situações, uma vez aumentada a vazão do ar através do produto
submetido à secagem, pode ocorrer aumento da taxa de água removida,
ocasionando diminuição do tempo de secagem e alterações qualitativas no
produto.
Dessa forma, a combinação desses dois parâmetros irá interferir
diretamente na taxa de secagem, podendo contribuir de forma significativa na
diminuição do tempo gasto no processo, impedindo a degradação dos
componentes químicos de cada espécie ou da parte da planta submetida à
secagem.
O armazenamento e a conservação visam manter os aspectos qualitativos
e quantitativos da planta depois da secagem, por meio do desenvolvimento de
condições ideais de temperatura e umidade relativa durante o período de
estocagem. A escolha do tipo de embalagem a ser utilizada deve ser feita
considerando-se a preservação da qualidade dos produtos.
Sendo assim, é notória a necessidade da indústria nacional e das
instituições de pesquisa investir em pesquisa e desenvolvimento, principalmente
na área de pré-processamento e armazenamento, para alcançarem os padrões de
qualidade exigidos pelo mercado internacional. Segundo Ming (1999) a área de
pré-processamento e armazenamento de plantas medicinais e aromáticas é a mais
deficiente em informações científicas no âmbito do trabalho multidisciplinar que
envolve o assunto.
A elaboração de protocolos de análise que permitam assegurar a qualidade
do produto final processado é de suma importância, uma vez que a legislação
vigente, regulada por meio da Resolução n
o
17 de 24 de fevereiro de 2000
da
Agência Nacional de Vigilância Sanitária – ANVISA, preconiza testes sofisticados,
afastando-se da realidade dos produtores e/ou cooperativas.
5
É importante que as operações pós-colheita sejam bem estabelecidas para
cada espécie no esforço de se manter as qualidades física, química e sensorial,
minimizando as contaminações microbianas, agregando-se valor ao produto e
otimizando a cadeia produtiva.
Por essa razão, e considerando a ausência de informações com
embasamento científico na literatura consultada, objetivou-se avaliar a influência
da temperatura, da velocidade do ar e das condições de armazenamento
(temperatura, umidade relativa, tipo de embalagem e tempo de armazenamento)
sobre a qualidade da matéria-prima obtida das folhas de guaco (Mikania glomerata
Spreng.) e dos receptáculos florais de calêndula (Calendula officinalis L.). Além
disso, determinou-se o nível de adequação de cinco modelos matemáticos de
simulação de secagem às curvas experimentais de variação da razão de umidade
em função do tempo.
6
II. REVISÃO DE LITERATURA
1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DA SECAGEM POR CONVECÇÃO
A secagem pode ser definida como o processo no qual ocorrem
transferências simultâneas de energia e de massa entre o produto e o meio utilizado
para secá-lo, que geralmente é o ar. Outras vezes, é definida como a operação
unitária que leva à redução do teor de água do produto até que seja atingido um
nível seguro para o seu armazenamento. O produto se comporta como se sua
superfície estivesse coberta por uma fina camada de água. Nesse caso, a pressão
de vapor d’água na superfície é igual à pressão de vapor da água livre, à
temperatura de bulbo molhado. Se as condições psicrométricas do ar são
constantes, a taxa de secagem também será constante. Este fenômeno pode ser
observado em produtos para os quais a resistência interna ao transporte de
umidade é muito menor que a resistência externa à remoção de vapor d’água da
superfície do produto (Brooker et al., 1992).
A desidratação industrial de plantas medicinais, aromáticas e condimentares
é quase que exclusivamente realizada utilizando-se meios artificiais de secagem
com ventilação forçada, em contraposição à secagem artificial com ventilação
natural (secagem com energia solar) ou à secagem natural, que é a secagem do
produto na própria planta, ainda em seu campo de cultivo.
As características de secagem de uma planta medicinal, inteira, picada ou
triturada, dependem das propriedades físicas da espécie considerada. No entanto,
há outros fatores que influenciam a taxa de remoção de água durante a secagem.
Alguns produtos biológicos, quando secos com ar sob condições constantes
7
exibem, no início do processo, uma taxa constante de perda de água e, em
seguida, uma fase em que essa taxa passa a ser decrescente.
Expressões teóricas, semiteóricas e empíricas para a secagem de plantas
medicinais, tanto inteiras quanto fragmentadas, têm sido encontradas na literatura.
As empíricas negligenciam os fundamentos do processo de secagem e, embora
possam descrever a curva de secagem para as condições do experimento, não
podem dar uma visão clara e exata dos importantes processos que ocorrem
durante a secagem. Os métodos teóricos usados para descrever o processo de
secagem são baseados em leis físicas que tentam explicar os mecanismos de
transferência de energia (calor) e massa (água).
1.1. Período de secagem à taxa constante
Períodos de secagem à taxa constante são estabelecidos quando
temperatura, umidade e velocidade do ar de secagem se mantêm constantes
durante todo processo de secagem (List e Schmidt, 1984). O produto se comporta
como se sua superfície estivesse coberta por uma fina camada de água. Se as
condições psicrométricas do ar são constantes, a taxa de secagem também será
constante.
Gigler et al. (2000) estudaram a secagem de pedaços de troncos (φ = 2 a 4
cm e H = 23 cm) e cavacos de salgueiro (Salix viminalis), produtos usados em
muitos países como biomassa em unidades geradoras de energia, além de ter sua
molécula, ácido salicílico, utilizada como pró-fármaco para a síntese do ácido
acetilsalicílico. Empregando temperatura de 20 ºC, umidade relativa de 60% e
velocidade do ar de secagem entre 0,1 e 0,2 m s
-1
, foi possível observar
claramente a ocorrência do período de secagem à taxa constante, tanto para os
cavacos (no intervalo de 44 a 34% b.u.) quanto para os pedaços de tronco sem
casca (no intervalo de 49 a 38% b.u.); no entanto, a secagem dos pedaços de
tronco com casca deu-se integralmente no período de secagem à taxa
decrescente.
Para avaliar as características de secagem de fatias de alho em camada
delgada, Madamba et al. (1996) empregaram temperaturas no intervalo entre 50
e 90 ºC; umidades relativas entre 8 e 24%; velocidade do ar de 0,5 a 1,0 m s
-1
e
fatias com espessura variando entre 2 e 4 mm. Observou-se pequeno período de
8
secagem à taxa constante no início do processo, sendo que a maior parte da
secagem ocorreu no período à taxa decrescente. Verificou-se, também, que
apenas a temperatura do ar de secagem e a espessura da fatia de alho tiveram
efeito significativo sobre a taxa de secagem; para as condições estudadas, não
houve efeito significativo nem da velocidade do ar de secagem e nem da
umidade relativa do ar ambiente.
Pabis (1999) avaliou os estágios iniciais de secagem de beterraba, cebola,
cenoura, alho e cogumelo e introduziu um fator de encolhimento dos produtos em
sua análise e verificou que, em ambos os casos, com ou sem esse fator, a primeira
etapa da secagem de todos os produtos mencionados ocorreu à taxa constante.
Esses resultados contrariam a maioria dos pesquisadores que afirmam que a
secagem de legumes e cogumelos, em fatias ou inteiros, sem que haja contato
entre as amostras, ocorre integralmente no período à taxa decrescente. Ainda de
acordo com Pabis (1999), os resultados demonstraram que a secagem por
convecção de legumes difere completamente da secagem de grãos e que, até o
momento, apesar do esforço de alguns pesquisadores, não haveria uma teoria
correta para explicar os mecanismos envolvidos na secagem por convecção de
frutas, legumes e cogumelos.
Sem dúvida, os processos envolvidos na secagem por convecção de
plantas medicinais, hortaliças e frutas são muito mais complexos que no caso de
grãos de cereais e oleaginosas. Um outro fator que facilita o estudo da secagem
de grãos por convecção, é que as dimensões desses produtos não são
significativamente alteradas do início ao fim do processo; ou seja, o grau de
redução de volume não precisa ser incluído nas análises para a obtenção de
resultados satisfatórios (Pabis, 1999).
1.2. Período de secagem à taxa decrescente
O teor de água no qual a taxa de secagem passa de constante para
decrescente é chamado de teor crítico de água, cujo valor depende das
características do sólido, tais como tamanho e forma e também das condições de
secagem. Durante o período de secagem à taxa decrescente, não se pode mais
considerar que exista um filme de água cobrindo o sólido, porque a resistência
9
interna ao transporte de água torna-se maior do que a resistência externa. À
medida que o teor de água diminui além do ponto crítico, a força motriz do
processo de secagem, ∆P
v
, também diminui porque a pressão de vapor à
temperatura de bulbo seco na superfície do produto, P
vbs
, torna-se inferior à
pressão de vapor de saturação à temperatura de bulbo molhado, P
vbm
.
Conseqüentemente, há também uma redução na taxa de secagem. Além disso, há
a formação de um gradiente de umidade no interior do produto e a temperatura
deste aumenta acima da temperatura de bulbo molhado, tendendo
assintoticamente à temperatura do ar de secagem (Brooker et al., 1992).
A estimativa da taxa de secagem de produtos biológicos é mais complexa
durante o período de taxa decrescente que durante o período de taxa constante.
Além dos mecanismos de transferência externa (transferência por convecção de
energia e massa) há que se considerar os mecanismos de transferência dentro do
sólido (difusão de massa e energia).
Belghit et al. (2000), ao avaliarem a influência da temperatura (30, 40 e 50
ºC) e da velocidade do ar (2,1; 2,6 e 3,6 m s
-1
), na secagem de folhas de verbena
com teor de água inicial de ≅ 58% b.u., não observaram a existência do período de
secagem à taxa constante. Observações experimentais feitas por Akpinar (2005)
durante a secagem ao sol, em camada fina, de folhas de hortelã, orégano e
manjericão, confirmaram a ausência de taxas constantes de secagem para as
referidas plantas medicinais. Esse fato foi também descrito por Park et al. (2000)
na secagem de melissa (Melissa officinalis), utilizando temperaturas de 35, 45 e 55
ºC com velocidades do ar de 0,5 e 1,0 m s
-1
.
Embora diversas teorias tenham sido propostas e várias equações tenham
sido desenvolvidas para predizer a cinética da secagem de produtos agrícolas no
período à taxa decrescente, é possível afirmar que apenas relações empíricas ou
semiteóricas têm sido utilizadas nos projetos de secadores.
1.3. Equações teóricas de secagem
A transferência de calor por condução, assim como a difusão, também é um
fenômeno que se origina devido ao movimento aleatório de moléculas e há uma
analogia óbvia entre os dois processos. Este fato foi observado por Fick (1855),
citado por Crank (1975), que foi o primeiro pesquisador a analisar o processo de
10
difusão sob uma ótica quantitativa, ao adaptar a equação matemática de condução
de calor obtida por Fourier em 1822. Sendo assim, a teoria matemática da difusão
em substâncias isotrópicas é baseada na hipótese de que a taxa de transferência
da substância que se difunde através de uma área de seção unitária é
proporcional ao gradiente de concentração medido na direção normal a essa
superfície.
Há um consenso generalizado entre pesquisadores sobre o fato de a
Segunda Lei da Difusão de Fick poder ser utilizada para analisar os processos de
secagem por convecção, por se tratarem de fenômenos semelhantes (Saravacos e
Charm, 1962; Chirife, 1971; Vaccarezza et al., 1974; Vaccarezza e Chirife, 1975;
Rahman e Lamba, 1991; Sankat et al., 1996). Quando a difusão de líquido é o
mecanismo que governa a secagem no período à taxa decrescente, as alterações
necessárias na notação para a transcrição de uma situação para a outra resultam
na seguinte equação diferencial de secagem, em que U representa o teor médio
de água em decimal, base seca.
2
2
x
U
D
t
U
∂
∂
=
∂
∂
(1)
Na solução da equação (1) devem-se considerar tanto as condições iniciais
e de contorno quanto à geometria do sólido que se deseja secar. Para a solução
de problemas relacionados à secagem de plantas medicinais, sejam inteiras ou em
partes, primeiramente é necessário escolher qual é a geometria que mais se
aproxima daquela do produto que será submetido à secagem.
1.3.1. Placa plana infinita
Para a secagem de determinadas folhas, pode-se considerar que a forma
geométrica mais adequada seja a de uma placa plana infinita. Nesse caso,
considera-se que o material está contido entre dois planos paralelos, um em x = –L
e o outro em x = L, estando o plano central localizado em x = 0. Em termos
práticos, isso significa que a transferência de massa durante a secagem ocorre
através de uma placa plana tão fina que todo o vapor d’água passa apenas pelas
superfícies da placa, sendo desprezível a quantidade que a atravessa pelas
11
extremidades. As seguintes condições iniciais e de contorno são geralmente
consideradas na secagem de plantas medicinais:
U = U
0
em t = 0 para –L < x < L
U = U
e
em x = ±L para t > 0
0=
∂
∂
x
U
em x = 0 para t > 0
em que:
U
o
=
teor de água inicial; decimal b.s.
U
e
=
teor de água na superfície do produto, em equilíbrio com o ambiente,
decimal b.s.
L =
Meia espessura da placa plana, m
Durante o processo de secagem à taxa decrescente, considera-se que o
valor do teor de água na superfície do produto seja sempre igual ao teor de água
nas condições de equilíbrio, U
e
.
Entretanto, nos casos em que a evaporação ocorrer apenas em uma das
superfícies, o valor de L corresponde à espessura total da placa plana. O valor de
[(U
t
– U
e
)/(U
0
– U
e
)] é geralmente conhecido como razão de umidade RU ou
adimensional de umidade. O numerador representa a quantidade de água que
ainda pode ser removida ou a quantidade de água livre em qualquer tempo t,
enquanto o denominador representa a quantidade total de água disponível para
ser retirada pela secagem. Rahman e Lamb (1991) e Sankat et al. (1996) mostram
que a taxa de secagem obtida por meio da utilização da equação (1) apresenta graus
de acurácia satisfatórios em termos de engenharia.
1.3.2. Cilindro sólido infinito
Nos casos em que a geometria do sólido puder ser comparada a um cilindro
infinito, ou seja, quando se considera que a difusão ocorra apenas radialmente,
como é o caso de determinadas raízes ou seções de raízes de plantas medicinais,
12
soluções analíticas podem ser encontradas considerando-se então que o teor de
água é função apenas do raio r e do tempo t, e a equação (1) torna-se
∂∂∂
=
∂∂∂
1
UU
rD
trrr
(2)
1.3.3. Cilindro sólido finito
Barnard e Quintero-Ramos (1998) apresentam a seguinte solução analítica
da equação (2), para o caso de a geometria do sólido ser semelhante a um cilindro
sólido finito.
( )
( )
∞∞
==
−π
=+−
−
π
+
∑∑
2
2
2
0
22222
0 11
021
3211
2
21
te
,n
e nm
,n
UUDtDt
exp-2m1j
UU
jaa
m
(3)
em que:
D =
coeficiente de difusão, m
2
s
-1
a =
meia espessura ou raio do cilindro, m
j
0,n
=
raízes das funções de Bessel do primeiro tipo e ordem zero
1.3.4. Corpos esféricos
A geometria esférica pode ser utilizada quando se deseja modelar a taxa de
secagem de sementes esféricas de plantas medicinais, como é o caso da pimenta-
rosa (Schinus terebinthifolia Raddi). Nesse caso, se pudermos considerar a difusão
como um processo unicamente radial e coeficiente de difusão constante, tem-se
(Crank, 1975):
∂∂∂
=+
∂∂
∂
2
2
2
UCC
d
trr
r
(4)
Na secagem de corpos esféricos, caso o teor de água inicial (U
i
) seja
uniformemente distribuído e o teor de água na superfície do produto esteja sempre
13
em equilíbrio com as condições do ar de secagem (U
e
), consideram-se então as
seguintes condições iniciais e de contorno:
U(r,0) = U
i
para r < R (5)
U(r
0
, t) = U
e
para t > 0 (6)
Há que se ter em mente que os valores de taxas de secagem obtidos por
meio das soluções analíticas da equação (1), para cada uma das geometrias
estudas, são apenas aproximações da taxa de secagem real.
Inexistem na literatura consultada equações que correlacionem o
coeficiente de difusão (D) da água ou vapor em plantas medicinais, às variáveis
independentes teor de água e temperatura (θ). Park et al. (2002) mencionam a
utilização de uma equação de Arrhenius, do tipo D = F(E
ativ
, θ
abs
), mas a utilizam
apenas para calcular o valor da energia de ativação E
ativ
.
1.4. Modelos empíricos e semiteóricos de secagem
Os modelos apresentados anteriormente e que empregam a teoria da
difusão, podem descrever de forma aceitável o perfil da distribuição de água no
interior de determinado produto agrícola, desde que seja possível correlacionar
sua forma à geometria de um sólido perfeito, além da exigência do
estabelecimento de uma relação funcional entre o coeficiente de difusão, o teor
de água e a temperatura. Nesse caso, há que se considerar que o valor médio da
razão de umidade, quer seja determinado pela solução de uma série truncada
quer seja por integração de um conjunto de pontos discretos distribuídos na
matriz do produto, representa a taxa de secagem de um sólido isolado, seja no
formato de placa plana, cilíndrico ou esférico. Esse tipo de solução deverá ser
incorporado a um modelo de simulação de secagem em camada espessa para
que seja possível prever a taxa de secagem de um lote do produto, e não apenas
de uma unidade isolada. Sendo assim, as soluções de modelos matemáticos
baseados na teoria da difusão requerem longo tempo computacional quando se
compara com aquele gasto para solucionar a taxa de secagem de apenas uma
unidade do produto, seja uma semente, folha ou raiz. Devido a isso, e à
14
dificuldade inerente de estabelecer uma relação funcional do tipo D = F(U; θ
abs
)
para diversas classes de produtos, muitos pesquisadores têm preferido utilizar
equações empíricas de secagem (Parry, 1985).
Lewis (1921), citado por Park et al. (2002), obteve a seguinte equação
geral de secagem em camada delgada, a partir de uma equação diferencial,
aplicando-se o Modelo Difusional de Fick e considerando condições iniciais de
teor de água, teor de água de equilíbrio e condições de contorno:
RU = exp(- kt) (7)
em que:
k = constante de proporcionalidade ou constante de secagem, s
-1
t = tempo
RU = razão de umidade, adimensional
A equação acima também conhecida como Lei Exponencial ou Modelo
Logarítmico de Secagem passou a ser considerada como a equação que
descrevia de forma mais aceitável os fenômenos de transferência de calor e
massa de um determinado produto capilar poroso durante sua secagem em
camada delgada.
Page (1949), ao avaliar os fatores com influência significativa sobre a taxa
máxima de secagem por convecção de grãos de milho em camada delgada e ao
comparar resultados obtidos experimentalmente com aqueles obtidos com um
modelo exponencial, propôs a seguinte equação de secagem:
RU = exp(- k’t
n
) (8)
em que:
k’ = constante modificada de secagem
n = constante dependete da UR e temperatura do ar de secagem
t = tempo
RU = razão de umidade, adimensional
15
O modelo desenvolvido por Thompson et al. (1968), equação 9, citado em
Pereira et al. (1993), é de natureza semiteórica e foi utilizado com sucesso na
simulação da secagem de milho.
t = a ln(RU) + b[ln(RU)]
2
(9)
em que:
a e b = constantes
Karathanos (1999) utilizou a equação de Henderson e Pabis Modificada –
equação 10, para descrever a cinética de secagem em camada fina de frutas com
alto teor de açúcar, como amoras e uvas, utilizando temperaturas do ar de
secagem entre 60 e 97 ºC.
RU = a exp(- kt) + b exp(- gt) + c exp(- ht) (10)
em que:
a, b e c = constantes
k, g, h = constantes de secagem
O modelo a seguir, Difusional por Aproximação, foi testado por Ertekin e
Yaldiz (2004) na secagem em camada fina de berinjela, sendo utilizadas
temperaturas de 30, 40, 50, 60 e 70 ºC em combinação com velocidades do ar de
0,5; 1,0 e 2,0 m s
-1
.
RU = a exp(- k
1
t) + (1 - a) exp(- k
2
bt) (11)
em que:
a e b = constantes
k
1
e k
2
= constantes de secagem
Ainda no mesmo trabalho os autores observaram que o Modelo de Midilli e
colaboradores, equação 12, foi o que melhor descreveu a cinética de secagem das
fatias de berinjela em camada fina.
16
RU = a exp(- kt
n
) + bt (12)
em que:
a e b = constantes
k = constante de secagem
n = constante que depende da UR e temperatura do ar de secagem
O conhecimento da equação que melhor se adequa à cinética de secagem
de determinada planta medicinal é uma das condições necessárias para a
simulação do processo em camada espessa. Desta forma, será possível conhecer,
desde que o modelo tenha sido validado, os parâmetros qualitativos do produto,
para um amplo intervalo de temperatura, umidade relativa e velocidade do ar de
secagem, e também da espessura da camada de folhas, flores ou raízes na
câmara de secagem.
A técnica de simulação matemática do processo de secagem permite que
se avaliem os graus de influência de cada uma das variáveis sobre o teor de água
final, o tempo de secagem e, conseqüentemente, da qualidade do produto seco.
Além disso, permite aos projetistas, engenheiros e técnicos desenvolverem ou
aperfeiçoarem modelos de secadores para plantas medicinais que melhor se
adaptam à determinada espécie, sem a necessidade de construir protótipos até
que se chegue ao modelo mais adequado. As equações obtidas permitem avaliar
também o comportamento do produto sob quaisquer condições psicrométricas do
ar em diversos métodos de secagem, seja em camada fixa, fluxo cruzado,
concorrentes, contracorrentes, mistos, em secadores com inversão do fluxo de ar
ou com reaproveitamento do ar de secagem, estabelecendo quais as combinações
que resultam num produto de melhor qualidade.
2. SECAGEM DE PLANTAS MEDICINAIS E AROMÁTICAS
De acordo com Hertwig (1986), a secagem de plantas medicinais, aromáticas
e condimentares tem por objetivo retirar uma porcentagem elevada de água livre
das células e dos tecidos, impedindo os processos de degradação enzimática e
proporcionando a sua conservação, com manutenção da qualidade em
17
composição química, pelo período de tempo necessário a um armazenamento
seguro. A questão da alta sensibilidade do princípio biologicamente ativo e sua
preservação no produto final é, sem dúvida, o maior problema na secagem e no
armazenamento de plantas medicinais e aromáticas.
Segundo Sharapin (2000), o processamento pós-colheita inadequado
resulta em matéria-prima de baixa qualidade, com perda de princípios ativos,
aumento da carga microbiana e má apresentação comercial.
As plantas medicinais e aromáticas geralmente contêm, por ocasião da
colheita, alto teor de água e elevada contaminação por microorganismos. O
material deve ser seco imediatamente depois da colheita para prevenir a
multiplicação de microorganismos e a perda dos componentes químicos. As
condições de secagem são extremamente importantes para a manutenção do
odor, da cor e do teor dos óleos essenciais (Soysal e Öztekin, 1999 e Soysal e
Öztekin, 2001a).
Os primeiros trabalhos sobre secagem de plantas medicinais e aromáticas
datam da década de 70. A grande maioria deles comparava métodos de secagem
ao sol e à sombra com a secagem em estufa com circulação forçada de ar. Os
resultados obtidos por El Masry (1976), trabalhando com folhas picadas de
beladona (Atropa beladona L.) e estramônio (Datura metel L.), indicaram que a
secagem à sombra resultou em menor decomposição dos alcalóides, não havendo
diferenças significativas entre a secagem ao sol e aquela em estufa a 50 ºC. As
pequenas diferenças observadas foram atribuídas ao processo de
fotodecomposição induzido pela luz solar.
Experimentos realizados em Porto Rico com o capim-limão (Cymbopogon
citratus DC. Stapf), descritos por Guenther (1972), em que os pesquisadores foram
motivados pelo interesse dos proprietários de grandes destilarias do país,
concluíram que a secagem ao sol por um período de cinco dias consecutivos
resultou em menor rendimento em óleo essencial, mas com maior teor relativo de
citral, seu componente principal. Dessa forma, a secagem tornou-se parte
integrante do pré-processamento do capim-limão nas destilarias produtoras do
óleo. El Fattah et al. (1992), em trabalho com a mesma espécie, compararam a
secagem ao sol com a secagem à sombra, avaliaram o rendimento em óleo e o
seu teor em citral, comparando os valores obtidos com aqueles do produto fresco.
Concluiu-se que, no capim-limão, a secagem ao sol resulta em: a) menores perdas
18
em teor de citral e b) valores mais elevados de rendimento em óleo,
contrariamente ao descrito por Guenther (1972).
A secagem ao sol, em muitas plantas medicinais e aromáticas, é totalmente
desaconselhada, visto que o processo de fotodecomposição ocorre intensamente,
degradando os componentes químicos e ocasionando alterações de cor, sabor e
odor na erva.
No caso do açafrão (Crocus sativus L.), que é uma das ervas mais
valorizadas no mercado de especiarias e cujo valor está ligado à qualidade em
aroma e coloração, o processo de secagem contribui para que a erva produza o
aroma adequado ao padrão exigido para a sua comercialização. A Índia possui
uma das melhores variedades de açafrão cultivadas no mundo, porém não possui
o domínio do mercado dessa especiaria, uma vez que seu produto tem qualidade
inferior quanto à coloração e ao odor, características de suma importância para o
mercado internacional do açafrão em pó. Apesar de a Índia produzir, segundo
Raina et al. (1996), aproximadamente 30 t por ano de açafrão, perfazendo um
montante de US$ 20 milhões, o seu produto não apresenta grande valor agregado,
sendo negociado como produto de qualidade inferior no mercado internacional. O
açafrão proveniente da Espanha possui maior valor agregado em relação ao
açafrão indiano, devido ao domínio das técnicas de pré-processamento, em
especial a utilização de secagem artificial, desenvolvida especialmente para a
espécie, denominada “toasting”.
Charles et al. (1993) estudaram também o efeito da secagem artificial e ao
sol, avaliando parâmetros como temperatura e umidade relativa do ar de secagem
na concentração de artemisinina em Artemisia annua L., comparando com o produto
fresco. Concluíram que a maior retenção de artemisinina se deu quando a secagem
foi realizada em condições ambientais e no caso de secagem artificial em períodos
curtos, menores que 12 h.
As pesquisas mais recentes sobre secagem de plantas medicinais têm
como objetivos avaliar o efeito dos seguintes parâmetros: a) temperatura, razão da
mistura e velocidade do ar de secagem, b) temperatura do material, c) espessura
da camada do produto.
Em relação à altura de camada, Skrubis (1982) avaliou as alturas de 5,0;
7,5 e 10 cm de folhas de louro (Laurus nobilis L.), trabalhando com secagem em
estufa com temperaturas de 40, 50, 60 e 70 ± 1 ºC. Observou-se correlação linear
19
do aumento da temperatura do ar de secagem com a diminuição na concentração
dos compostos químicos de interesse no produto. O efeito da altura não foi
significativo no processo de secagem. O mesmo efeito não signficativo foi
observado por Martins et al. (1999) ao avaliarem duas alturas de camada (4 e 8
cm) no processo de secagem das folhas de capim-limão (Cymbopogon citratus
DC. Stapf). Zelepuga e Laptsevich (1982), ao secar Bidens tripartitus, relacionaram
o aumento da eficiência de secagem à redução da altura de camada pela metade,
procedimento que aumentou a taxa de secagem em aproximadamente 1,4 vezes.
Ao secar Mentha piperita a 60 ºC, a mesma alteração na altura de camada
permitiu o aumento de 2,0 vezes na taxa de secagem. Essas avaliações
permitiram recomendar alturas de 8 a 10 cm de produto para a secagem de
plantas medicinais, tendo como base a secagem de três espécies: Matricaria
chamomilla, Bidens tripartitus e Mentha piperita.
A velocidade é outro parâmetro relevante do ar de secagem no processo.
Há grande variação em relação aos valores de velocidade do ar recomendados
para secagem de plantas medicinais, aromáticas e condimentares. Hansen et al.
(1993) utilizaram velocidade de 0,039 m s
-1
, num secador de leito fixo, trabalhando
com camada delgada de raspas de Taxus x media Hicksii. O mais alto valor de
velocidade do ar encontrado na literatura para secagem de plantas medicinais foi
de 3,3 m s
-1
, utilizado por Venskutonis et al. (1996) e Venskutonis (1997) na
secagem de tomilho (Thymus vulgaris L.) e sálvia (Salvia officinalis L.). Na
secagem de manjericão (Ocimum basilicum L.), a velocidade utilizada por Baritaux
et al. (1992) foi de 0,4 m s
-1
. Müller et al. (1992) utilizaram 0,2 m s
-1
na secagem de
folhas de sálvia (Salvia officinalis L.). Martins (2000) observou, em experimento
com secagem de folhas de capim-limão, não haver diferença estatística
significativa na qualidade do produto final para as duas velocidades do ar de
secagem utilizadas: 0,5 e 1,0 m s
-1
.
Cabe ressaltar que, em alguns casos, a secagem artificial resultou no maior
rendimento em óleo e, ou, na maior concentração do componente ativo. Na
secagem de tomilho a 30 ºC, Venskutonis et al. (1996) descreveram o aumento de
213 mg kg
-1
no produto fresco para 288 mg kg
-1
no produto seco, em relação à
concentração de β-cariofileno. Venskutonis (1997), comparando a secagem de
tomilho e sálvia, observou o aumento de 29% de β-cariofileno no tomilho seco a 30
ºC, o que não ocorreu com a sálvia em relação ao seu componente principal.
20
Hansen et al. (1993) constataram que as melhores concentrações de taxol foram
observadas a 60 ºC, a mais alta temperatura utilizada no referido experimento.
O guaco apresenta problema relacionado ao escurecimento foliar durante a
secagem, o que demonstra a necessidade de estudar adequadamente a influência
dos parâmetros de secagem de forma a manter as características originais de
pigmentação da matéria-prima. Segundo Rehder et al., (1998) o teor de cumarina
na planta fresca foi significativamente superior (1,12%) ao encontrado após a
secagem (0,69%) a 45 ºC por 1 dia.
Segundo Montanari Jr. (2000), no caso da calêndula, a temperatura de
secagem irá variar de acordo com a finalidade com que a planta vai ser
empregada: para fins medicinais não deve ultrapassar 40 ºC; como corante, a
temperatura de secagem pode chegar até 80 ºC.
3. ARMAZENAMENTO DE PLANTAS MEDICINAIS, AROMÁTICAS
E CONDIMENTARES
A maioria das plantas medicinais é comercializada sob a forma desidratada,
o que torna o processamento pós-colheita fundamental para a qualidade final do
produto. Com poucas exceções, todo produto desidratado perde qualidade e
potencial de vida de prateleira, uns mais, outros menos, em função dos
procedimentos de colheita, manuseio, secagem e processamento, de tal maneira
que isto depende da característica do produto, sua composição, sua formulação
(no caso de manipulados), embalagem e as condições de armazenamento.
3.1. Conceito de embalagem
Ao contrário do que muitos possam pensar, a embalagem é mais que um
simples embrulho ou pacote. A embalagem ou sistema de embalagem é tudo
aquilo que tende a manter as condições ideais exigidas para cada produto, para o
qual é fabricada. Normalmente estas condições podem ser mantidas por meio do
isolamento total ou parcial com o meio ambiente (Bergerot Filho, s.d).
21
No caso particular de plantas medicinais e aromáticas, até o momento o que
existe são adequações das embalagens já utilizadas para a manutenção da
quantidade e qualidade dos princípios ativos, observando-se a prevalência do
odor, cor e sabor, além das propriedades terapêuticas (Gasquês, 2000).
3.2. Função das embalagens
As embalagens são mais bem conceituadas quando descritas suas funções,
que além de conter o produto, servem para sua proteção, transporte e
comercialização. As outras funções são complementos ou têm origem naquelas
acima citadas.
Diz-se que um produto está convenientemente contido quando são atendidas
as necessidades de transporte, acondicionamento e armazenamento. A proteção do
produto ocorre quando este se apresenta em condições ideais no momento do seu
uso ou consumo. No transporte, a embalagem é vista sob uma forma global,
protegendo o produto de agentes mais grosseiros, tais como choques, chuva e luz
solar (Bergerot Filho, s.d).
A maioria dos trabalhos trata a questão do armazenamento de plantas
medicinais e aromáticas, relacionando o efeito do tipo de embalagem, condições
de armazenamento (luz, temperatura e umidade relativa) e tempo de estocagem, à
qualidade química e sensorial (cor, sabor e odor) das ervas (Silva et al., 1999;
Marques e Barros, 1999; Wills e Stuart, 2000). A extensão da perda da qualidade
varia em função das condições de estocagem de acordo com Pääkkönen et al.
(1989) e da variação do teor de água ao longo do armazenamento (Marques e
Barros, 1999).
Independente da condição escolhida para o armazenamento, em todos os
casos é aconselhado pisos com estrados de madeira, em que a embalagem não
se encoste à parede. Devem ser realizadas inspeções periódicas e ao menor
indício de deterioração ou presença de insetos e/ou animais, as plantas devem ser
retiradas do local de estocagem e mantidas em local com melhores condições de
armazenamento.
Conforme discutido anteriormente, a qualidade do produto final está
associada a parâmetros relacionados principalmente com o processamento pós-
colheita, o qual envolve etapas como secagem e armazenamento.
22
Quando o produto for consumido sob a forma fresca, os cuidados estarão
voltados para a escolha mais adequada da embalagem. Neste caso os filmes
plásticos são largamente empregados devido à redução do manuseio excessivo
entre produtor e consumidor. A qualidade é mantida em função da redução da
perda de água, mas devido à respiração do produto, os filmes plásticos podem
permitir um acúmulo de CO
2
e redução na concentração de O
2,
favorecendo a
formação de atmosfera modificada inadequada no interior da embalagem (Silva e
Casali, 2000).
Como parâmetros de qualidade para plantas medicinais e aromáticas
podem-se citar: a) quantidade e qualidade dos princípios ativos; b) características
sensoriais (sabor e odor); c) características visuais (aparência e coloração) d)
contaminação microbiana.
Segundo Mohammed e Wickham (1995), mais importante que a alteração
de cor é a alteração de sabor, que é acompanhada de deterioração visual. A
redução da intensidade do sabor desejada é seguida do aparecimento de gosto
azedo, de forma que a ação de ambos contribui para inutilizar o produto como
condimento.
Mohammed e Wickham (1995) também descreveram processos de
degradação pós-colheita de Eryngium foetidum. Sob condições normais de
ambiente tropical, a planta tornou-se imprópria para consumo em menos de 4 dias.
A aplicação exógena de giberelinas (GA
3
), seguida de estocagem em sacos de
polietileno de baixa densidade não permeáveis, manteve o sabor moderadamente
normal por 17 dias, de forma que o uso de GA
3
estendeu o período de
comercialização
pela melhoria da aparência.
É interessante notar que o método de secagem influencia diretamente no
sucesso do armazenamento de plantas medicinais e aromáticas. Pääkkönen et al.
(1989), Pääkkönen et al. (1990a), Pääkkönen et al. (1990b), Malmsten et al. (1991),
avaliaram os efeitos dos métodos de secagem, embalagem, temperatura e tempo
de armazenamento na qualidade de manjericão (Ocimum basilicum), óregano
(Origanum vulgare L.), manjerona (Origanum manjerona L.), aneto (Aneto
graveolens) e Saturaja hortensis e concluíram que: a) temperaturas elevadas de
armazenamento (± 35
o
C) não afetam significativamente a qualidade do produto
quando este é seco por convecção utilizando ar aquecido. Quando o mesmo é seco
por ar frio, temperaturas elevadas de armazenamento influenciam na qualidade final
23
do produto; b) à temperatura ambiente, após 2 anos de armazenamento, não
ocorreram diferenças entre os métodos de secagem (utilizando ar quente ou ar frio),
nas embalagens impermeáveis que utilizaram vácuo ou atmosfera de nitrogênio; c)
à temperatura de armazenamento de 35
o
C, a intensidade do odor e sabor
reduziram drasticamente mesmo após 3 meses, diminuindo durante todo o
armazenamento, independente do tipo de embalagem; d) o tipo de embalagem afeta
significativamente apenas o produto seco pelo ar frio.
Outro fator relevante para o sucesso do armazenamento de produtos
agrícolas é o controle da infestação por microorganismos. Segundo Malmsten et
al. (1991), as populações microbianas em condimentos crus têm sido bem
documentadas, mas a informação torna-se escassa quando refere-se à
microbiologia de ervas processadas comumente utilizadas pelo consumidor.
Em revisão bastante detalhada sobre o assunto, Kneifel et al. (2002)
descrevem que, em princípio, a carga microbiana das plantas medicinais é o
resultado de uma série de influências causadas por fontes animadas e
inanimadas, transferidas através do ar ou do solo. Os grupos dominantes na
contaminação microbiana em plantas medicinais e aromáticas são fungos e
bactérias.
O grau de contaminação devido a fatores extrínsecos depende da distância
da planta até o solo, entre outros. Algumas ervas e plantas aromáticas possuem
barreiras naturais contra os microorganismos em função de sua composição
química, tais como óleos, peptídeos e extratos orgânicos (Silva et al, 1999).
Os antimicrobianos naturais também são descritos por Gould (1996) como
sendo fitoalexinas, substâncias de baixo peso molecular, substâncias fenólicas e
óleos essenciais. Essas substâncias podem ser fortes integrantes da planta ou
podem ser substâncias que apareçam induzidas pela presença do agente
infectante ou por injúria – fitoalexinas de baixo peso molecular e polifenóis de alto
peso molecular.
Como as plantas medicinais não são originalmente livres de contaminação,
os parâmetros de higiene devem ser considerados no controle de rotina,
especialmente se as plantas forem usadas com proposta terapêutica. A secagem
como forma de redução da carga microbiana é bem aceita, mas de maneira geral
ela não tem efeito deletério sobre os esporos de microorganismos, podendo estes
sobreviver em longos períodos de armazenamento. Como este produto agrícola é
24
utilizado sob diferentes formas, os fatores de manipulação e o processamento
determinam fortemente a qualidade microbiológica do produto a ser consumido. Por
exemplo, a aplicação de água fervente para infusão, geralmente contrapõe-se à
contaminação microbiológica. As tinturas de ervas, em geral, promovem uma boa
condição de higiene, dependendo da concentração alcoólica utilizada.
Malmsten et al. (1991) avaliaram a qualidade microbiológica de aneto
(Aneto graveolens), manjericão (Ocimum basilicum) e óregano (Origanum vulgare),
em função do tipo de embalagem, tempo de armazenamento e método de
secagem. Com relação ao método de secagem, de maneira geral, a qualidade total
do aneto foi melhor quando seco por ar frio devido ao menor número de
microorganismos aeróbicos, fungos, leveduras e coliformes. Os fungos e leveduras
foram encontrados em todas as amostras, sendo que para os produtos secos por
ar quente o número foi 10 vezes maior do que em relação à secagem pelo frio.
A contagem microbiana foi maior nas embalagens à vácuo do que naquelas
que continham O
2
. A estocagem em atmosfera com gases inertes pode favorecer
altas taxas de sobrevivência de microorganismos durante o armazenamento,
devido à redução de reações oxidativas letais. Para as amostras secas por ar
quente, o número de fungos, leveduras e microorganismos aeróbicos não variou
entre 1 e 2 anos de armazenamento, independente da embalagem utilizada.
Como regra geral, durante o armazenamento, o número de grupos
microbianos foi maior à 23
o
C do que à 35
o
C, sendo muito maiores para os fungos
e leveduras nesta temperatura. A temperatura de 35
o
C foi evidentemente
desfavorável para coliformes fecais. O declínio na qualidade sensorial das ervas à
temperatura mais elevada (35
o
C) foi causada por alterações químicas ao invés de
deterioração microbiológica.
4. CONSIDERAÇÕES SOBRE AS ESPÉCIES
4.1. Guaco – Mikania glomerata Sprengel
A Mikania glomerata Sprengel, conhecida popularmente como guaco ou
guaco cheiroso, Figura 1, é uma espécie de hábito escandente, nativa da América
do Sul, sendo originária da região do sul do Brasil, onde cresce espontaneamente
25
desde o Estado do Rio Grande do Sul até São Paulo. Floresce de agosto a
outubro, sendo suas flores muito visitadas por Apis mellifera e várias espécies de
lepdópteros (Magalhães, 2000).
Figura 1. Guaco (Mikania glomerata Sprengel).
Como subarbusto trepador de ramos estriados, possui folhas simples,
glabras e opostas, providas de contorno oval, trilobadas de ápice agudo e base
arredondada (Figura 2). São verdes brilhantes na face superior e de um verde
mais pálido na face inferior (Simões et al., 1989; Corrêa Jr. et al., 1994). A
inflorescência apresenta-se em panícula frondo-braqueteosa, densamente
aglomerada. Fruto tipo aquênio, pentangular, piloso ou levemente glabro medindo
cerca de 3 mm de comprimento.
Figura 2. Detalhe da folha do guaco (Mikania glomerata Sprengel).
26
É uma espécie da família Asteraceae (Compositae), constando sua monografia
na Farmacopéia Brasileira, dentre todas as farmacopéias americanas (Revista da
Flora Medicinal, 1942). De acordo com Castro et al. (1986), citado por Rehder et al.
(1999), o gênero Mikania possui cerca de 430 espécies, sendo que somente 10% foi
estudado quimicamente. O gênero foi subdividido em dois grupos, baseando-se na
natureza da inflorescência. Mikania glomerata pertence ao grande grupo das
“Mikanias” brasileiras, o qual produz principalmente lactonas diferentes das
sesquiterpênicas (Veneziani et al., 1999).
Esta planta vem sendo usada na medicina popular do sul do Brasil há
séculos, atribuindo-se às suas folhas propriedades tônica, depurativa, febrífuga e
peitoral, estimulante do apetite e antigripal. As informações etnofarmacológicas
citam o uso do chá, sob a forma de decocto em gargarejo e bochecho, nos casos
de inflamações na boca e garganta (Lorenzi e Matos, 2002). Destas propriedades,
a ação sobre as vias respiratórias é justificada pelo seu efeito broncodilatador,
antitussígeno, expectorante e antiedematogênico, sendo confirmado por estudos
científicos (Leal et al., 2002, citado por Lorenzi e Matos, 2002).
O xarope feito com as folhas e as ramas da planta tem indicação popular
para os casos de asma, tosse e como antiofídica. Estudos farmacológicos
confirmam as propriedades anti-inflamatórias do extrato bruto (Oliveira et al., 1996
e Soares et al., 1996 citado por Martínez et al., 2000). Segundo informes da extinta
CEME (Central de Medicamentos do Ministério da Saúde), o xarope de guaco se
apresenta completamente inócuo e seguro, com ação broncodilatadora e efeito
antitussígeno; nos programas de fitoterapia em saúde pública, vem sendo
permitido seu emprego como medicação para essas indicações. Os estudos
farmacológicos vêm atribuindo principalmente à cumarina a ação broncodilatadora
e antiinflamatória.
De acordo com publicação da Revista Galileu (2002), pesquisadores do
Centro Pluridisciplinar de Pesquisas Químicas, Biológicas e Agrícolas da
UNICAMP – CPQBA, descobriram que as propriedades do guaco vão além de seu
uso como matéria-prima para chás e xaropes expectorantes. O estudo constatou o
efeito in vitro da erva no combate ao câncer de pele, onde 78% das células
cancerosas foram eliminadas. Também, por testes in vitro, evidenciou-se a ação
terapêutica no combate aos estreptococos do grupo mutans, responsáveis pelo
desenvolvimento da placa bacteriana causadora da cárie. Já a análise dos efeitos
27
contra úlcera gástrica foi realizada em ratos, indicando que a cumarina e outras
substâncias presentes no extrato da planta bloqueiam os receptores de
acetilcolina, diminuindo a secreção do ácido pelo estômago.
Segundo Lopes et al. (1997), citado por Martinez et al. (2000), a cumarina é
a única substância que apresenta atividade relaxante significativa sobre a
musculatura lisa respiratória, outras atividades também são descritas como
anticoagulante, estrogênica, fotossensibilizante dérmico, antimicrobiano,
vasodilatador, moluscocida, anti-helmíntico, analgésico e hipotérmico (Soine, 1964,
O’Kennedy e Thornes, 1997, citados por Ojala, 2001).
4.1.1. Fitoquímica das cumarinas C
9
H
6
O
2
As cumarinas são amplamente distribuídas nos vegetais,
predominantemente nas angiospermas. A origem do nome cumarina vem da
palavra caribenha coumarou, que é usada para denominar a árvore tonka,
conhecida botanicamente como Coumarouna odorata Aubl., a qual apresenta o
odor característico da substância (Monteiro, 1999).
As cumarinas são definidas quimicamente como lactonas aromáticas, sendo
este termo empregado ao grupo de substâncias naturais que possuem o núcleo
benzopirânico, o qual consiste de um anel benzeno junto a um pirano (Figura 3).
Estruturalmente são lactonas derivadas do ácido-o-hidroxicinâmico (2H-1-
benzopiran-2-ona), sendo a cumarina (1,2-benzopirona) o representante mais
simples (Bruneton, 1995 e Dey e Harborne, 1997, citados por Monteiro, 1999).
Figura 3. Estrutura química da cumarina.
Muitas famílias de dicotiledôneas, incluindo Apiaceae, Asteraceae,
Leguminosae (Fabaceae), Rosaceae, Rubiaceae e Solanaceae, com destaque
para as Umbeliferaceae e Rutaceae, são as que mais se destacam na produção
desta substância, seja sob a forma livre ou como heterosídeos, quando ligada a
açúcares (Monteiro, 1999; Ojala, 2001). Embora sintetizada principalmente nas
28
folhas, por meio da rota metabólica do ácido chiquímico, as cumarinas ocorrem
também em elevadas concentrações em frutos, seguido das raízes e galhos.
A distribuição das cumarinas biologicamente ativas numa ampla faixa de
plantas parece estar relacionada com sua capacidade de atuar como fitoalexinas,
ou seja, são produzidas como resposta às injúrias, durante o processo de murcha,
doença ou pela secagem. Elas se acumulam na superfície das folhas, frutos e
sementes inibindo assim o crescimento e esporulação de fungos patogênicos e
atua como um repelente contra besouros e outros insetos (Weinmann, 1997 e
Matern et al., 1999, citados por Ojala, 2001).
Estes compostos são benéficos às plantas como substâncias de biocontrole
antipatogênico e, para humanos, na condição de substâncias isoladas, como
remédios para doenças de pele hiperproliferativas, como psoríase e vitiligo,
atuando também como compostos de referência em vários testes bioativos, além
do uso da planta in natura sob a forma de chás ou em outras preparações
farmacêuticas (Ojala, 2001).
Suas propriedades farmacológicas, bioquímicas e aplicações terapêuticas
dependem de seus padrões de substituição (Evans, citado por Kuster e Rocha,
2003).
4.2. Calêndula (Calendula officinalis L.)
A calêndula é uma planta da família Asteraceae, nativa do Egito, mas que
ocorre de forma espontânea ao redor de todo o mar Mediterrâneo, sendo
amplamente cultivada na Europa desde o século XII. Sua origem exata até hoje é
incerta. É uma espécie anual, talo ramoso, angulado, peludo e medindo de 30 a 60
cm de altura. Folhas inferiores espatuladas e superiores mais lanceoladas ou
elípticas são alternas e ligeiramente pilosas. Suas flores são centrais tubulares,
rodeadas de várias filas de lígulas (Figura 4). Fruto em aquênio com certa
curvatura e recoberto de pequenas reentrâncias (Cáceres, 1999). A cor das flores
pode variar de amarelo claro a fortemente alaranjado, com 6 a 9 cm de diâmetro.
Pode ser cultivada durante todo o ano, porém, no Brasil, é mais produtiva durante
o inverno, sendo inclusive resistente às geadas leves.
29
Figura 4. Inflorescência da calêndula (Calendula officinalis L.).
Na indústria farmacêutica é muito utilizada como antiinflamatória,
cicatrizante e antisséptica; na indústria cosmética, na confecção de cremes,
xampus e sabonetes e na indústria alimentícia, como fonte de corante natural
(Piccaglia e Venturi, 1998; Gerasimov, 2000). Pode também ser consumida fresca,
em saladas. Possui, ainda, valor como planta ornamental. Na guerra civil
americana, os soldados, nos campos de batalha, utilizavam suas flores e folhas
para tratar feridas (Tesky e Trentini, 2001).
As flores possuem óleo essencial (até 0,3%), princípios amargos
(calendulina e calendina), carotenóides, triterpenos (heliantriol entre outros),
saponinas (calendulósicos A, B, D, G e H), aranidiol, faradiol, ácido calêndico e
flavonóides (Vidal-Ollivier et al., 1991; Masterová et al., 1991; Corrêa Jr. et al.,
1994; Cáceres, 1999; Montanari Jr., 2000).
Na literatura encontram-se diversos trabalhos descrevendo formas de
isolamento e identificação dos componentes químicos da espécie, assim como
testes de atividade e toxicidade realizadas in vitro e in situ (Vidal-Ollivier et
al.,1991; Masterová et al., 1991; Kalvatchev et al., 1997; Zitterl-Eglsser et al., 1997;
Piccaglia e Venturi, 1998; Ramos et al., 1998; Fritsche et al., 1999; Yoshikawa et
al., 2001).
30
III. TRABALHOS
1. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DO GUACO (Mikania glomerata Spreng.)
RESUMO. O guaco (Mikania glomerata Spreng.) é uma planta originária da
América da Sul, sendo considerado na medicina popular do Brasil como efetivo
broncodilatador e expectorante, além de supressor de tosse. É utilizado no
tratamento de diversas doenças do trato respiratório, incluindo bronquite,
resfriados, gripes, asma e laringite. A indústria brasileira utiliza as folhas para
produção de xaropes e pastilhas com finalidade broncodilatadora. O objetivo do
presente trabalho foi avaliar a influência de parâmetros do ar de secagem,
temperatura e velocidade, na qualidade dos princípios ativos da espécie, como
fonte de informação para a indústria farmacêutica. Determinou-se, também, o grau
de adequação de cinco modelos matemáticos de simulação de secagem às curvas
experimentais de variação da razão de umidade das folhas de guaco em função do
tempo. Os testes experimentais de secagem foram realizados empregando-se três
níveis de temperatura, 40, 50 e 60 ºC, em combinação com três velocidades do ar,
0,25, 0,50 e 1,00 m s
-1
. O teor de cumarina, marcador químico da espécie, foi
quantificado por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), tendo, em todos
os tratamentos, a planta fresca como testemunha. Observou-se aumento no teor
de cumarina em todos os tratamentos, principalmente para aqueles realizados com
velocidade do ar de secagem de 1,00 m s
-1
. Os resultados mostraram que não
houve influência da temperatura de secagem sobre a concentração de cumarina,
31
ou seja, apenas a velocidade do ar de secagem apresentou influência significativa
sobre o teor do principio ativo nas folhas secas de guaco. Verificou-se que o
modelo matemático que melhor se ajustou à variação experimental da razão de
umidade em função do tempo de secagem, em camada fina, das folhas de guaco,
foi o de Midilli e colaboradores, para as temperaturas de 50 e 60 ºC. Nenhum dos
modelos matemáticos de secagem testados foi capaz de se ajustar a todas as
condições experimentais avaliadas.
ABSTRACT. [DRYING AND CHEMICAL ANALYSIS OF GUACO LEAVES].
Guaco (Mikania glomerata Spreng.) is a native species of South America which is
well regarded in herbal medicine in Brazil as an effective natural bronchodilator,
expectorant and cough suppressant employed for all types of upper respiratory
problems including bronchitis, colds and flu, coughs, and asthma; as well as for
sore throats, laryngitis, and fever. The Brazilian industry uses the leaves of guaco
mainly as a bronchodialator and expectorant herbal drug. Guaco is a significant
source of the natural plant chemical, coumarin. The object of the present study was
to assess the effect of drying parameters, air temperature and velocity, on the
availability of coumarin in dried leaves of guaco (Mikania glomerata Spreng.). Work
was also performed to investigate the good-of-fitness of five thin-layer drying
models to the experimental curve describing the variation of guaco leaves moisture
ratio as a function of time. Experimental tests were conducted combining three
levels of drying-air temperature (40, 50, and 60 ºC) with three levels of drying-air
velocity (0.25, 0.50, and 1.00 m s
-1
). The amount of coumarin in the leaves was
determined employing High Performance Liquid Chromatography (HPLC), where
peak of this compound was matched to that in the computer library. Drying of
guaco leaves was uniform and high coumarin levels were obtained in samples
dried at 40 and 50 ºC. Drying at 60 ºC was not uniform and resulted in discoloured
dried leaves with a high final moisture content gradient. Nonetheless, even at this
temperature, coumarin levels in dried samples were higher than in fresh leaves.
Results showed that coumarin level in dried leaves was affected solely by drying air
velocity. The thin-layer drying equation proposed by Midilli and his associates was
the model capable of predicting the drying curves of guaco leaves at 50 and 60 ºC
with the best level of accuracy.
32
1.1 INTRODUÇÃO
Mikania glomerata Spreng., Asteraceae, conhecida popularmente como
guaco, é utilizada principalmente no tratamento de doenças respiratórias. Estudos
clínicos comprovam seu efeito expectorante (Fierro et al., 1999), atribuindo-se
parte deste efeito à cumarina, substância utilizada atualmente como marcador
químico da espécie.
Para utilização segura de qualquer planta medicinal como remédio, sua
padronização é necessária para garantir a autenticidade da droga e seus
conteúdos de princípios ativos de acordo com os parâmetros utilizados como
indicadores de qualidade.
A padronização de uma matéria-prima vegetal passa por práticas
fitotécnicas adequadas à espécie, que incluem as etapas pós-colheita de secagem
e processamento, mantendo os princípios ativos e as características sensoriais
com a menor contaminação microbiana possível; inclui, também, o
armazenamento seguro por período de tempo que corresponda, no mínimo, à
entre-safra, além da definição de características de identidade da droga e
doseamentos baseados nos marcadores químicos da espécie.
Durante a secagem, o guaco apresenta problemas de escurecimento e é
perdida grande quantidade de cumarina, cerca de 50%, de acordo com Martinez
et al. (2000), em temperaturas superiores à 40 ºC; entretanto, de acordo com
informação pessoal dada em 2001 pelo Prof. José Maria Lopes de Almeida, da
Faculdade de Farmácia da Universidade Federal Fluminense, durante a fabricação
de xaropes de guaco, devido ao aumento da temperatura durante o processo,
atingindo-se 60 ºC, observou-se, depois do controle de qualidade, que a
diminuição esperada na concentração de cumarina não ocorreu, havendo aumento
em relação à concentração original no extrato utilizado.
Em função da grande importância do guaco para a indústria farmacêutica,
este trabalho foi realizado com o objetivo de determinar a influência da
temperatura e velocidade do ar de secagem na qualidade do produto final e avaliar
a adequação de diversos modelos matemáticos às curvas experimentais de
secagem.
33
1.2. MATERIAL E MÉTODOS
Os ensaios de secagem foram realizados no Laboratório de Engenharia
Agrícola (LEAG), do Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias (CCTA),
Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Campos dos
Goytacazes, RJ. As análises químicas, envolvendo extração e avaliação
cromatográfica das cumarinas, foram desenvolvidas no Laboratório de Ciências
Químicas (LCQUI), do Centro de Ciência e Tecnologia (CCT), UENF.
As plantas foram cultivadas na cidade de Campos dos Goytacazes, 21º45’ latitude
sul, 41º18’ longitude oeste, na Unidade de Apoio a Pesquisa (UAP) do CCTA, em
espaçamento 1,80 X 1,80 m, havendo sido obtidas por meio de estaquias.
Como tratos culturais foram realizadas adubações com fosfato natural (±
300 g/cova) e esterco de curral curtido (± 5 kg/cova), seguindo a recomendação
dada por Corrêa et al. (1994) e de acordo com avaliação feita depois da análise de
solo.
As folhas e ramas do guaco foram colhidas manualmente com auxílio de
tesoura de poda a partir do 9
o
mês depois do plantio das estacas em local
definitivo, ou seja, o corte foi realizado no início de outubro/2002, de acordo com
recomendações feitas por Magalhães (2000). Foram colhidos cerca de 200 g de
material por tratamento. A colheita foi realizada pela manhã, embora Rehder et al.
(1998) tenham afirmado que a colheita pode ser realizada a qualquer hora do dia,
uma vez que o teor de cumarina não varia em função do horário da colheita.
O material foi selecionado no Laboratório de Engenharia Agrícola, onde foi
determinado o seu teor de água inicial. Folhas danificadas, com doença ou praga,
foram descartadas, assim como qualquer outro material estranho. Após a seleção,
o restante do material foi armazenamento em câmara do tipo B.O.D. a 4 ± 1 ºC,
em potes de vidro com tampa rosqueável e vedados com Parafilm
, sendo
mantido nessas condições até o momento da secagem (Hansen et al., 1993;
Venskutonis et al., 1996; Venskutonis, 1997).
De acordo com Martins (2000) a altura da camada, o tamanho de cada
elemento que compõe a camada e a disposição das folhas na câmara de secagem
em relação ao fluxo de ar de secagem são parâmetros importantes para a
eficiência do processo. Desta forma, as folhas de guaco foram secas em sua forma
íntegra e arranjadas de maneira que permaneçessem paralelas ao fluxo de ar,
como apresentado na Figura 1.
34
Figura 1. Disposição das folhas de guaco na bandeja.
A metodologia utilizada para a determinação de teor de água seguiu a
recomendação da Norma S538 da American Association of Agricultural Engineers
(ASAE, 2000), utilizando-se 10 g de amostra moída em três repetições. As
amostras foram colocadas em estufa com circulação forçada de ar Marconi,
modelo MA 035, a 105±1 ºC por 24 h.
1.2.1. Experimento de secagem
Utilizou-se um protótipo de secador de camada delgada (Figura 2), com
bandeja circular de fundo perfurado e com diâmetro interno de 25 cm (Figura 3). O
secador contém um diafragma regulável localizado na entrada do ventilador
(Figura 4). O aquecimento do ar foi realizado por meio de conjunto de resistências
elétricas. As bandejas possuíam malha de aço inoxidável na parte inferior.
A velocidade do ar de secagem foi medida utilizando-se um anemômetro de
pás rotativas Airflow
Modelo AV6, posicionado na saída do dispositivo metálico
localizado no topo da câmara de secagem (Figura 5).
35
Figura 2. Secador experimental de leito fixo.
Figura 3. Bandeja circular de diâmetro interno igual a 25 cm.
36
Figura 4. Diafragma regulável localizado na entrada do ventilador.
Figura 5. Dispositivo acoplado sobre a câmara de secagem para otimizar a
medição da velocidade do ar de secagem.
37
A temperatura do ar de secagem foi medida utilizando-se termômetro de
mercúrio, com divisão de escala de 1 ºC. O controle da temperatura foi feito por
um controlador microprocessado N 480, com precisão de 0,20% da faixa máxima
para sensores tipo Pt 100. As leituras da velocidade e da temperatura foram
registradas ao final de cada pesagem.
Mediram-se a temperatura e a umidade do ar ambiente com aparelho digital
Hygrometer – Series 485, fabricado pela Dwyer Instrumentas, Inc. A intenção
deste monitoramento foi avaliar as demais propriedades psicrométricas do ar de
secagem, como entalpia, razão da mistura e volume específico, utilizando o
programa computacional GRAPSI 6.0 (Melo et al., 2004) para o cálculo das
propriedades psicrométricas do ar. Apresentam-se, nas Tabelas 1, 2 e 3, as
condições do ar de secagem e as condições iniciais do produto para as
velocidades de 0,25, 0,50 e 1,00 m s
-1
.
A quantidade de água removida durante o processo de secagem foi
determinada por processo gravimétrico, com auxílio de balança semi-analítica
Sartorius, modelo BP4100S. As pesagens foram feitas a cada 5 min na primeira
meia-hora, a cada 10 min de 30 a 120 min, a cada 15 min de 120 a 180 min e a
cada 30 min a partir de 180 min.
A secagem foi interrompida quando o teor de água do produto atingiu valor
de 10% b.u. (Martins et al., 1994; Girón e Cáceres, 1994). Depois da secagem do
material vegetal, uma parte deste foi retirada para as análises cromatográficas,
sendo embalados em potes de vidro de 3,275 L com tampas rosqueáveis. Os
potes foram armazenados em estufa do tipo B.O.D à 4 ºC por um período de
tempo que permitisse a secagem do material proveniente de todas as três
repetições de cada tratamento, de modo que as análises cromatográficas foram
realizadas por tratamentos, analisando-se as três repetições no mesmo dia,
evitando-se a influência das condições ambientais no momento da análise.
O material vegetal foi submetido à secagem em três temperaturas (40, 50 e
60 ºC) e três velocidades do ar de secagem (0,25, 0,50 e 1,0 m s
-1
), arranjadas
segundo esquema fatorial simples (3 x 3) e uma testemunha, com 3 repetições. Os
dados foram interpretados por meio de análise de variância.
38
Tabela 1 –
Condições médias do ar e das folhas de M. glomerata Spreng. para temperaturas de secagem de 40, 50 e 60 ºC e
velocidade do ar de 0,25 m s
-1
.
Teste 1 2 3
Repetição 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Condições do ar de secagem:
Temperatura, ºC 40,10
40,00
40,00
50,00
49,60
49,80
59,80
60,00
59,80
Velocidade, m s
-1
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Vazão específica do ar, m
3
min
-1
m
-2
15,1
15,2
15,0
15,2
14,8
14,8
15,3
14,8
14,9
Razão da mistura, kg kg
-1
0,017
0,015
0,017
0,014
0,013
0,013
0,016
0,016
0,016
Condições iniciais do produto:
Temperatura, ºC 30,00
29,20
31,50
30,10
30,10
30,20
29,70
29,30
29,20
Teor de água, % b.u. 83,9
83,9
83,7
82,3
82,3
82,3
81,4
81,4
81,4
39
Tabela 2 –
Condições médias do ar e das folhas de M. glomerata Spreng. para temperaturas de secagem de 40, 50 e 60 ºC e
velocidade do ar de 0,50 m s
-1
Teste 1 2 3
Repetição 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Condições do ar de secagem:
Temperatura, ºC 40,00
40,00
40,00
50,00
50,00
50,00
60,00
60,00
60,00
Velocidade, m s
-1
0,50
0,50
0,50
0,49
0,51
0,51
0,50
0,50
0,49
Vazão específica do ar, m
3
min
-1
m
-2
30,27
30,12
29,89
29,60
30,30
30,30
30,10
30,10
29,60
Razão da mistura, kg kg
-1
0,016
0016
0,016
0,013
0,015
0,014
0,015
0,015
0,015
Condições iniciais do produto:
Temperatura, ºC 28,90
28,90
28,10
28,10
27,30
28,80
29,70
25,20
24,70
Teor de água, % b.u. 82,7
82,7
82,7
80,8
80,8
80,8
82,2
79,5
79,5
40
Tabela 3 –
Condições médias do ar e das folhas de M. glomerata Spreng. para temperaturas de secagem de 40, 50 e 60 ºC e
velocidade do ar de 1,00 m s
-1
Teste 1 2 3
Repetição 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Condições do ar de secagem:
Temperatura, ºC 40,00
40,00
40,00
n/d
50,00
50,00
60,00
60,00
60,00
Velocidade, m s
-1
1,00
1,00
1,00
n/d
0,98
0,98
1,00
1,00
1,01
Vazão específica do ar, m
3
min
-1
m
-2
59,85
60,27
60,24
n/d
59,10
59,00
60,00
60,02
60,50
Razão da mistura, kg kg
-1
0,017
0,018
0,018
n/d
0,020
0,020
0,015
0,017
0,017
Condições iniciais do produto:
Temperatura, ºC 32,00
29,70
30,20
n/d
31,90
30,70
34,60
34,90
32,70
Teor de água, % b.u. 83,3
83,3
83,3
n/d
82,6
82,6
82,9
82,9
82,9
41
1.2.2. Avaliação da composição química
A preparação das amostras para a análise da composição química foi
iniciada pelo processo de extração com solventes orgânicos. Foi utilizado 1,0 g de
material picado para cada amostra, colocando-as em 10 mL de metanol por 7 dias
(Rehder et al., 2000; Celeghini et al., 2001). Depois desse período, procedeu-se à
filtração e o extrato metanólico foi concentrado em evaporador rotativo à
temperatura de 35 ºC. A fração metanólica foi incorporada em sílica gel com auxílio
de almofariz. Feita a pastilha (sílica gel com extrato incorporado) procedeu-se à
realização de uma pequena coluna cromatográfica em Sílicagel 60 - Merck. Como
primeiro eluente desta coluna utilizou-se diclorometano e todo o processo foi
monitorado por cromatografia em camada delgada (CCD) até que as cumarinas
não fossem mais detectáveis.
O extrato em diclorometano foi concentrado em evaporador rotativo e o
resíduo diluído em balão volumétrico de 100 mL. As amostras foram filtradas em
filtro Sartorius Modelo Minisart RC 15 com poro de 45 µm. A análise por
Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) foi desenvolvida utilizando
aparelho Shimadzu equipado com duas bombas LC – 10 AVP, desgaseificador
DGU – 12 AVP, injetor manual com loop de 20 µL, controlado pelo programa Class
– VP. Utilizou-se uma coluna LiChrospher 100, RP-18 (5 µm, 250 mm, 4 mm). A
fase móvel consistiu de mistura de metanol/água (75:25) em método isocrático. O
fluxo foi mantido à 0,5 mL min
-1
. Um detector de fotodiodo UV-Visível (SPD – M
10AVP) foi utilizado com detecção à 274 nm (Rehder et al., 1998; Rehder et al.,
2000 e Celeghini et al., 2001).
A quantificação da cumarina foi feita utilizando-se padrão externo coumarin
da empresa Sigma, por meio da construção da curva de calibração em
concentrações de 10, 20, 40, 80 e 160 µg mL
-1
(Meyer, 1994).
As médias do teor de cumarina (µg g
-1
), para cada tratamento, foram
comparadas com a média obtida no tratamento testemunha, aplicando-se o teste
Tukey ao nível de 5% de probabilidade.
42
1.2.3. Delineamento experimental da secagem
Os diversos modelos empíricos de secagem apresentados anteriormente,
e sumarizados na Tabela 4, foram avaliados quanto à sua eficiência para simular,
com elevado grau de acurácia, a cinética de secagem das folhas de guaco.
Tabela 4 – Modelos matemáticos de secagem em camada delgada aplicados
às curvas experimentais de redução da razão de umidade em
função do tempo para folhas de guaco (Mikania glomerata Spreng.)
Nome do modelo Equação
Difusional por aproximação RU = a exp(- kt) + (1 - a) exp(- kbt)
Henderson e Pabis Modificado RU = a exp(- kt) + b exp(- gt) + c exp(- ht)
Midilli e colaboradores RU = a exp(- kt
n
) + bt
Page RU = exp(- kt
n
)
Thompson t = a ln(RU) + b[ln(RU)]
2
Para o ajuste dos modelos matemáticos, foi realizada análise de
regressão não-linear pelo método Simplex e Quasi-Newton, utilizando-se o
programa computacional STATISTICA
6.0, sendo os valores dos parâmetros
dos modelos estimados em função da temperatura do ar de secagem.
O grau de ajuste de cada modelo levou em consideração a magnitude do
coeficiente de determinação (R
2
), o erro médio relativo (P), o erro médio estimado
(SE) e a verificação do comportamento da distribuição dos resíduos (Stencl et al.,
1999; Soysal e Öztekin, 2001a e 2001b; Corrêa et al., 2002; Barbosa, 2005).
O erro médio relativo (P) e o erro médio estimado (SE), para cada modelo,
foram calculados pelas equações, respectivamente:
∑
−
=
Y
YY
n
100
P
0
(1)
GLR
)YY(
SE
2
0
∑ −
=
(2)
43
em que:
n = número de observações
Y = valor observado experimentalmente
Y
0
= valor calculado pelo modelo
GLR = graus de liberdade do modelo
As curvas de secagem foram traçadas utilizando-se a razão de umidade,
RU = [(U
t
– U
e
) / (U
0
– U
e
)], e o tempo de secagem. Para o cálculo da razão de
umidade, uma amostra testemunha foi seca até que não se observasse
alterações nos valores de massa (Li et al., 1987), obtendo-se então valores de
teor de água de equilíbrio do guaco para cada valor de temperatura. Os valores
de U
e
obtidos foram de 7,1, 6,9 e 4,9% b.u, para 40, 50 e 60 ºC,
respectivamente.
1.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores médios obtidos para o teor de água final e tempo total de
secagem das folhas de guaco, em cada tratamento, são apresentados na Tabela 5.
Tabela 5 –
Valores médios, por tratamento, dos teores de água inicial (Ui), final
(Uf) e tempo de secagem das folhas de guaco
Tratamento Ui (% b.u) Uf (% b.u) Tempo (h)
40 ºC/0,25 m s
-1
83,8 ± 0,1 10,0 ± 0,1 31,4 ± 2,9
40 ºC/0,50 m s
-1
82,7 ± 0,1 10,2 ± 0,1 27,6 ± 1,7
40 ºC/1,00 m s
-1
83,3 ± 0,1 10,3 ± 0,3 33,8 ± 3,4
50 ºC/0,25 m s
-1
82,3 ± 0,1 9,9 ± 0,1 6,1 ± 0,8
50 ºC/0,50 m s
-1
80,8 ± 0,1 10,1 ± 0,2 5,1 ± 0,3
50 ºC/1,00 m s
-1
82,7 ± 0,1 9,5 ± 0,2 3,2 ± 0,2
60 ºC/0,25 m s
-1
81,4 ± 0,1 9,5 ± 0,6 1,8 ± 0,1
60 ºC/0,50 m s
-1
80,4 ± 1,3 10,4 ± 1,0 2,1 ± 1,0
60 ºC/1,00 m s
-1
83,4 ± 0,1 10,0 ± 0,1 1,9 ± 0,1
44
Observa-se, nas Figuras 6, 7 e 8, a representação gráfica da variação da
razão de umidade em função do tempo de secagem, para os três valores de
temperatura avaliados nesse trabalho e velocidades do ar de secagem de 0,25;
0,50 e 1,00 m s
-1
, respectivamente. Os resultados apresentados na Tabela 5
indicam que o tempo de secagem para velocidade do ar de 0,25 m s
-1
diminuiu
com aumento da temperatura do ar: o tempo necessário, em média, para reduzir o
teor de água das folhas de guaco de 83,8±0,1% b.u. para 10,0±0,1% b.u. foi de
31,4 h na secagem a 40 ºC, e de 6,1 h aumentando-se a temperatura do ar para 50
ºC, ou seja, aumentando-se em apenas 10 ºC a temperatura do ar de secagem
obtém-se, para as condições estudadas, uma redução de aproximadamente 1/5 no
tempo de secagem. Observa-se, também, que o nível de redução no tempo de
secagem diminui à medida que se continua a aumentar a temperatura: para
acréscimo adicional de 10 ºC, de 50 para 60 ºC, há redução de aproximadamente
1/3 no tempo de secagem. Observa-se, na Tabela 5 e Figura 7, que para
velocidade do ar de 0,50 m s
-1
e temperatura de 40 ºC, o tempo requerido para
reduzir o teor de água das folhas de guaco de 82,7% b.u. para 10,2±0,1% b.u. foi
de 27,6 h. Aumentando-se a temperatura do ar de secagem para 60 ºC, observou-
se redução de cerca de 92,4% no tempo de secagem. A redução correspondente
para velocidade de 0,25 m s
-1
foi de 94,3%.
Na Figura 8, observa-se que para velocidade do ar de 1,00 m s
-1
e
temperatura de 40 ºC, o tempo requerido para reduzir o teor de água das folhas de
guaco de 83,3±0,1% b.u. para 10,3±0,3% b.u. foi de 33,8±3,4 h. Aumentando-se a
temperatura do ar de secagem para 50 ºC, observou-se redução no tempo de
secagem de 90,5%. Com aumento de mais 10 ºC, o tempo de secagem foi reduzido
à 96% do tempo de secagem inicial (Tabela 5).
A influência da temperatura no tempo total de secagem das folhas de
guaco pode ser mais bem visualizada nas Figuras 9, 10 e 11, onde estão
sumarizados os valores discutidos anteriormente para as velocidades de 0,25, 0,50
e 1,00 m s
-1
, respectivamente. Estes resultados são válidos apenas para secagem
em camada fina, não podendo ser extrapolados para secagem em camada
espessa, em que diversas outras variáveis podem influenciar o tempo total de
secagem.
45
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 5 10 15 20 25 30 35
Tempo, h
Razão de umidade
Figura 6. Variação da razão de umidade em função do tempo de secagem
das folhas de guaco para velocidade do ar de 0,25 m s
-1
e valores
indicados de temperatura. ∆, 40 ºC; š, 50 ºC e ¯, 60 ºC.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 5 10 15 20 25 30
Tempo, h
Razão de umidade
Figura 7. Variação da razão de umidade em função do tempo de secagem
das folhas de guaco para velocidade do ar de 0,50 m s
-1
e valores
indicados de temperatura. ∆, 40 ºC; ¯, 50 ºC e ¨, 60 ºC.
46
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
Tempo (h)
Razão de umidade
Figura 8. Variação da razão de umidade em função do tempo de secagem
das folhas de guaco para velocidade do ar de 1,00 m s
-1
e valores
indicados de temperatura. ¯, 40 ºC; ¨, 50 ºC e ∆, 60 ºC.
0
10
20
30
40
40 50 60
Temperatura, °C
Tempo, h
Figura 9. Tempo total médio de secagem das folhas de guaco em função da
temperatura do ar de secagem e velocidade de 0,25 m s
-1
.
47
0
10
20
30
40
40 50 60
Temperatura,
o
C
Tempo, h
Figura 10. Tempo total médio de secagem das folhas de guaco em função da
temperatura do ar de secagem e velocidade de 0,50 m s
-1
.
0
10
20
30
40
40 50 60
Temperatura,
o
C
Tempo, h
Figura 11. Tempo total médio de secagem das folhas de guaco em função da
temperatura do ar de secagem e velocidade de 1,00 m s
-1
.
48
Hansen et al. (1993), ao avaliarem a secagem em camada fina de Taxus
brevifolia L. com teor de água inicial de 55 a 60% b.u., em fluxo de ar ascendente
com velocidade de 0,04 m s
-1
, temperaturas de 30, 40, 50 e 60 ºC, também
observaram redução de 2/3 no tempo total de secagem, de três para um dia, ao
aumentarem a temperatura de 40 para 50 ºC. Observou-se também, aumento na
concentração de taxol nas folhas submetidas à temperaturas mais elevadas (40, 50
e 60 ºC). A secagem realizada a 30 ºC acarretou diminuição do teor deste
componente, provavelmente devido a reações de degradação enzimática
favorecidas pela lentidão do processo de secagem.
Radünz (2004), ao avaliar a secagem das folhas de guaco em um protótipo
de secador a gás para plantas medicinais, utilizando temperaturas de 30 a 80 ºC,
obteve tempos de secagem inferiores, para o intervalo de temperaturas mais
baixas, comparando-se com o presente trabalho. Na secagem à 40 ºC, o tempo de
secagem foi 21 h para que o material atingisse teor de água de cerca de 10% b.u.,
ou seja 2/3 do tempo médio obtido à temperatura de 40 ºC. Na temperatura de 50
ºC, o tempo de secagem foi de 2,42 h e à 60 ºC de 1,00 h. Estas diferenças se
devem, provavelmente, à diferença na disposição das folhas no leito de secagem,
que no caso do referido autor, foram dispostas transversalmente ao fluxo de ar,
enquanto que neste trabalho as folhas foram dispostas de forma paralela ao fluxo.
Os resultados dos testes para avaliar a influência da velocidade do ar na
cinética da secagem das folhas de guaco são apresentados na Figura 12, onde se
pode observar a evolução da razão de umidade em função do tempo de secagem
para as temperaturas de 40, 50 e 60 ºC e para as velocidades de 0,25, 0,50 e 1,00
m s
-1
. Observa-se que, para todas as temperaturas, o aumento da velocidade do ar
resultou no aumento da taxa de secagem, representada pela declividade da reta
tangente à curva da razão de umidade em cada um dos pontos analisados.
Belghit et al. (2000) observaram o mesmo fenômeno ao estudar a cinética
de secagem das folhas da erva aromática verbena (Lippia citriodora (Cav.) Kunth)
a 30, 40 e 50 ºC e velocidade do ar de secagem de 2,1, 2,6 e 3,1 m s
-1
. De fato,
sugeriram que para as condições estudadas, a velocidade do ar teria efeito mais
expressivo sobre a taxa de secagem de folhas de verbena que a temperatura.
Zelepuga e Laptsevich (1982) já haviam observado em experimentos com Mentha
piperita L. e Matricaria chamomilla L. que, embora em períodos à taxa decrescente
a velocidade do agente secante não exerça influência pronunciada nas taxas de
49
secagem, como ocorre em períodos à taxa constante, isto permite uma leve
intensificação do processo. No caso da camomila, este valor foi de 1,1 vezes
quando se aumentou a velocidade do ar de 1,0 para 2,0 m s
-1
; sendo que para
menta as taxas de secagem elevaram-se 1,3 vezes. Daguenet (1985) também
estabeleceu uma relação funcional entre a taxa de secagem e o coeficiente de
transferência de massa (vapor d’água), demonstrando que este último aumentava
à medida que aumentava-se a velocidade do ar.
Apresentam-se, nas Tabelas 6, 7, 8, 9 e 10, os valores dos parâmetros
estatísticos utilizados para avaliar a adequação dos modelos de secagem
apresentados na Tabela 4.
0,0
0,4
0,8
1,2
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00
Tempo, h
Razão de umidade
Figura 12. Influência da velocidade do ar (0,25, 0,50 e 1,00 m s
-1
) no processo
gradativo de redução da razão de umidade das folhas de guaco em
função do tempo de secagem, para temperaturas de 40, 50 e 60 ºC. ◊, 40
ºC e 0,25 m s
-1
; , 40 ºC e 0,50 m s
-1
; ?, 40 ºC e 1,00 m s
-1
; x, 50 ºC e
0,25 m s
-1
; ?, 50 ºC e 0,50 m s
-1
; ? 50 ºC e 1,00 m s
-1
; + 60 ºC e 0,25 m s
-1
;
−, 60 ºC e 0,50 m s
-1
; ? 60 ºC e 1,00 m s
-1
.
50
Tabela 6 – Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o modelo de Midilli e colaboradores, para a secagem de folhas
de guaco
Características do
ar de secagem
Parâmetros estatísticos
Coeficientes e variáveis do modelo
Temperatura
(ºC)
Velocidade
(m s
-1
)
P (%)
SE
R
2
Distribuição
dos resíduos
a
k
n
b
40 0,25 4,2026 0,0228 0,99 tendenciosa 0,9366 -0,1087 0,4982 -0,0509
0,50 6,5945 0,0286 0,99 tendenciosa 0,9309 -0,1199 0,4919 -0,0591
1,00 21,4795 0,0589 0,96 tendenciosa 0,8715 -0,1933 0,4207 -0,0590
50 0,25 3,0569 0,0084 0,99 tendenciosa 0,9812 0,0913 2,0964 -0,0025
0,50 2,8106 0,0121 0,99 aleatória 0,9878 0,2745 1,6809 0,0038
1,00 2,2427 0,0115 0,99 aleatória 0,9833 0,2362 2,0689 -0,0073
60 0,25 5,1566 0,0170 0,99 aleatória 0,9905 0,3507 2,5220 -0,0589
0,50 1,2897 0,0039 0,99 aleatória 1,0029 0,8602 1,8291 -0,0725
1,00 0,6915 0,0319 0,99 aleatória 0,9934 0,5860 2,0361 -0,0296
Modelo de Midilli e colaboradores: UR = a exp(- kt
n
) + bt
51
Tabela 7 – Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o modelo de Page, para a secagem de folhas de guaco
Características do
ar de secagem
Parâmetros estatísticos
Coeficientes e variáveis
do modelo
Temperatura
(ºC)
Velocidade
(m s
-1
)
P (%)
SE
R
2
Distribuição dos
resíduos
k
n
40 0,25 14,2930 0,0331 0,99 tendenciosa 0,0008 2,2437
0,50 14,4468 0,0403 0,98 tendenciosa 0,0013 2,2156
1,00 24,3929 0,0584 0,96 tendenciosa 0,0002 2,5749
50 0,25 5,4187 0,0138 0,99 tendenciosa 0,1022 2,0515
0,50 5,3796 0,0128 0,99 aleatória 0,2874 1,5967
1,00 4,6907 0,0159 0,99 aleatória 0,2604 2,0346
60 0,25 6,5614 0,0256 0,99 aleatória 0,4623 2,5477
0,50 5,4785 0,0119 0,99 tendenciosa 1,0924 1,9806
1,00 4,4454 0,0115 0,99 tendenciosa 0,6670 2,1032
Modelo de Page: UR = exp(- kt
n
)
52
Tabela 8 – Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o modelo Difusional por Aproximação, para a secagem de
folhas de guaco
Características do
ar de secagem
Parâmetros estatísticos
Coeficientes e variáveis
do modelo
Temperatura
(ºC)
Velocidade
(m s
-1
)
P (%)
SE
R
2
Distribuição dos
resíduos
a
k
n
40 0,25 33,0072 0,0637 0,97 tendenciosa -1,4168 0,1422 0,5324
0,50 53,3020 0,1186 0,88 tendenciosa -0,5084 0,0477 0,9660
1,00 50,8726 0,1271 0,81 tendenciosa -0,7197 0,0418 0,8556
50 0,25 102,3882 0,1292 0,89 tendenciosa 0,0981 0,3185 1,0000
0,50 46,1355 0,0870 0,95 tendenciosa 0,5171 0,4362 0,9984
1,00 64,6164 0,1218 0,89 tendenciosa 0,6562 0,4767 1,0000
60 0,25 61,2798 0,3081 0,84 tendenciosa 0,6845 0,6589 1,0000
0,50 16,6819 0,0407 0,99 tendenciosa 2,7709 1,9852 1,7587
1,00 2,8651 0,0884 0,95 tendenciosa 2,9058 0,2776 0,3376
Modelo Difusional por Aproximação: UR = a exp(- kt) + (1 - a) exp(- kbt)
53
Tabela 9 – Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão dos
resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o modelo de Thompson, para a secagem de folhas de guaco
Características do ar de secagem Parâmetros estatísticos
Coeficientes e variáveis
do modelo
Temperatura
(ºC)
Velocidade
(m s
-1
)
P (%)
SE
R
2
Distribuição dos
resíduos
a
b
40 0,25 54,2532 0,1197 0,87 tendenciosa -31,5347 1,2081
0,50 7,2027 0,0804 0,80 tendenciosa -31,6327 1,0150
1,00 108,9768 0,1337 0,88 tendenciosa -10,3360 1,8597
50 0,25 50,0498 0,0906 0,94 tendenciosa -11,6299 2,2925
0,50 69,0473 0,1253 0,88 tendenciosa -8,1052 2,0153
1,00 53,8528 0,1509 0,83 tendenciosa -11,6492 2,8023
60 0,25 47,0435 0,1246 0,88 tendenciosa -9,1181 3,0808
0,50 24,8758 0,1045 0,87 tendenciosa -17,7012 0,8582
1,00 57,0478 0,1341 0,88 tendenciosa -12,5681 3,2142
Modelo de Thompson: t = a ln(UR) + b[ln(UR)]
2
54
Tabela 10 – Coeficiente de determinação ajustado (R
2
), erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE), tipo de dispersão
dos resíduos e valores de coeficientes e variáveis, segundo o modelo de Henderson e Pabis modificado, para a
secagem de folhas de guaco
Características do ar de
secagem
Parâmetros estatísticos
Coeficientes e variáveis
do modelo
Temperatura
(ºC)
Velocidade
(m s
-1
)
P (%)
SE
R
2
Distribuição
dos
resíduos
a
b
c
g
h
k
40 0,25 4,9793 0,0281 0,99 tendenciosa
-0,5272 0,0753 0,0639 1,4786 0,0027 -0,0274
0,50 48,5599 0,1106 0,89 tendenciosa
0,0679 0,4711 0,0508 0,5408 0,0508 0,0508
1,00 0,3745 0,0037 0,99 aleatória -3,4046 3,9389 -0,0448 0,4589 0,0457 -0,0497
50 0,25 84,4142 0,1112 0,93 tendenciosa
0,2573 0,3520 0,3732 0,5369 0,3733 0,3733
0,50 3,4131 0,0676 0,97 tendenciosa
0,2837 0,3671 0,5060 0,4722 0,5059 0,5059
1,00 52,8052 0,1055 0,93 tendenciosa
0,2511 0,2491 0,5622 0,6371 0,5622 0,5622
60 0,25 31,5668 0,1189 0,91 tendenciosa
-0,7541 1,1080 0,4878 0,8192 0,5865 0,1968
0,50 6,5986 0,0535 0,98 tendenciosa
-0,1979 0,3844 1,1291 0,9249 0,4261 -0,6249
1,00 25,6134 0,0932 0,95 tendenciosa
1,0111 -0,2285 -0,1107 0,3886 1,2626 0,5302
Modelo de Henderson e Pabis Modificado: UR = a exp(- kt) + b exp(- gt) + c exp(- ht)
55
Os resultados referentes ao modelo de Page, Tabela 7, indicam que nesse
caso houve grau satisfatório de ajuste aos dados experimentais apenas nos
tratamentos a 50 ºC e 0,50 e 1,00 m s
-1
,
como também para o tratamento a 60 ºC e
velocidade de 0,25 m s
-1
. Esses resultados são semelhantes aos obtidos por
diferentes autores para diversos produtos agrícolas e plantas medicinais (Afonso
Júnior et al., 1999; Park et al., 2002; Ertekin et al., 2004). Observa-se, na Tabela
10, que o modelo de Henderson e Pabis Modificado apresentou bom ajuste à
variação de RU em função do tempo apenas para o tratamento a 40 ºC e 1,00 m s
-1
.
Portanto, em função dos valores elevados de R
2
(0,99), baixos valores do
erro médio relativo (P), no intervalo entre 0,7 e 5,2%, e do erro médio estimado
(SE) entre 0,004 a 0,03, para todos os tratamentos a 50 e 60 ºC, além da
distribuição aleatória dos erros, com exceção do tratamento a 50 ºC e 0,25 m s
-1
,
o modelo de Midilli e colaboradores, Tabela 6, foi o escolhido entre todos os
demais e para as condições acima citadas, como o que melhor representou a
secagem em camada delgada das folhas de guaco. Com praticamente o mesmo
tipo de resultado, Ertekin e Yaldiz (2004) constataram também um perfeito
ajuste do modelo de Midilli e colaboradores ao estudarem a secagem em
camada delgada de berinjela, para temperaturas de 30 a 70 ºC e utilizando
velocidades de 0,50, 1,00 e 2,00 m s
-1
.
Contrariamente ao observado por Ertekin e Yaldiz (2004), na secagem das
folhas de guaco em camada fina não foi encontrado um modelo matemático único
que se ajustasse, com o grau de acurácia desejado para fins de engenharia, à
totalidade das condições experimentais empregadas neste experimento.
Apresenta-se, na Tabela 11, o teor de cumarina das folhas de guaco frescas
e submetidas aos tratamentos de secagem. A explicação para a baixa
concentração de cumarina nas amostras frescas, em comparação com os valores
obtidos por Pereira et al. (2000), pode ser encontrada na análise da variação do
teor de cumarina nas folhas durante o ano, pois há evidências de que os picos de
concentração ocorrem em julho. A idade dos tecidos também influencia bastante,
tendo as folhas novas 5,9 x 10
3
µg g
-1
b.s., enquanto as folhas velhas apresentam
2,2 x 10
3
µg g
-1
b.s. Ao contrário da afirmação de Rehder et al. (1998), Pereira et
al. (2000) asseguraram que o horário de coleta também teria grande importância,
sendo que pela manhã o teor de cumarina se apresenta o mais baixo durante o
dia. Outro fator que pode ter contribuído para a baixa concentração de cumarina
56
nas folhas, é o fato de as folhas frescas terem ficado armazenadas em estufa do
tipo B.O.D. a 4 ºC até o momento das análises químicas, que foram realizadas em
bloco e no mesmo dia, isto é, tanto as relativas ao tratamento testemunha (folhas
frescas) quanto aquelas relativas às folhas provenientes dos tratamentos de
secagem.
Tabela 11 – Teor de cumarina das folhas de guaco frescas e submetidas aos
tratamentos de secagem
Cumarina (µg g
-1
b.s)
Fluxo de
ar
(m s
-1
)
Temperatura de
secagem
(ºC)
Amostra fresca
(testemunha)
Amostra seca
Aumento
40 1,54 33,01 21 x
50 0,96 36,42 38 x
0,25
60 0,80 26,46 33 x
40 0,58 14,26 25 x
50 0,41 25,63 62 x
0,50
60 1,44 34,33 24 x
40 0,02 28,43 28 x
50 0,21 15,01 72 x
1,00
60 0,81 26,72 33 x
Conforme se pode observar na Tabela 11, a secagem teve efeito positivo no
incremento do teor de cumarina para todos os valores de velocidade do ar
utilizados. Esse resultado difere daquele relatado por Rehder et al. (1998) que, ao
pesquisarem o teor de cumarina em extratos hidroalcoólicos de folhas de Mikania
laevigata Schultz Bip, observaram que o teor de cumarina foi significativamente
superior na planta fresca (1,12%) em relação ao material seco por um dia a 45 ºC
(0,69%). No entanto, assim como no presente trabalho, Pereira et al. (2000)
observaram o mesmo efeito de incremento do teor de cumarina quando
compararam os valores obtidos no material seco com aqueles da planta fresca. A
concentração de cumarina que Pereira et al. (2000) obtiveram para a planta fresca
foi de 5,2 x 10
3
µg g
-1
, comparando-se com os valores obtidos para secagem em
57
estufa sem circulação de ar a 50 ºC por um dia, 7,3 x 10
3
µg g
-1
, em estufa sem
circulação de ar à 50 ºC por um dia, 6,7 x 10
3
µg g
-1
, em ambiente com ar
condicionado a 25 ºC por sete dias, 7,3 x 10
3
µg g
-1
, e secador solar a 35 ºC por
quinze dias (4,0 x 10
3
µg.g
-1
).
Na Tabela 12, observa-se que a concentração de cumarina nas folhas secas
do guaco, em todos os tratamentos, foi influenciada exclusivamente pelo fluxo de
ar de secagem, sem efeito da temperatura. Os valores apresentados a seguir,
referem-se à porcentagem relativa do componente em relação à matéria-seca.
Tabela 12 – Teor de cumarina (µg g
-1
) obtido nos tratamentos de secagem das
folhas de guaco
Fluxo de ar (m s
-1
)
Temperatura (ºC)
0,25 0,50 1,00
40 33,01 ± 1,68 aA* 14,26 ± 4,56 bB 28,42 ± 0,82 cC
50 36,42 ± 2,02 aA 25,63 ± 0,48 bB 15,01 ± 3,55 cC
60 26,46 ± 3,86 aA 34,30 ± 0,06 bB 26,72 ± 2,35 cC
* Médias na coluna seguidas por letras minúsculas diferentes ou na linha por letras maiúsculas
diferentes, diferem estatísticamente entre si pelo teste de Tukey (p ≤ 0,05).
Radünz et al. (2002) também não observaram efeito da temperatura (40 a
70 ºC) sobre o teor de óleo essencial durante a secagem das folhas de alecrim-
pimenta (Lippia sidoides Cham), empregando fluxo de ar constante com velocidade
de 1,00 m s
-1
.
1.4 CONCLUSÕES
• O modelo matemático que melhor se ajustou à variação experimental da
razão de umidade em função do tempo de secagem, em camada fina, das
folhas de guaco (Mikania glomerata Spreng) foi o de Midilli e colaboradores,
para as temperaturas de 50 e 60 ºC;
• A secagem teve efeito positivo no incremento do teor de cumarina para
todos os valores de velocidade do ar analisados;
• A concentração de cumarina nas folhas secas do guaco, em todos os
tratamentos, foi influenciada exclusivamente pelo fluxo de ar de secagem,
sem efeito da temperatura.
58
1.5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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61
2. SECAGEM E ANÁLISE QUÍMICA DA CALÊNDULA
(Calendula officinalis L.)
RESUMO. A calêndula (Calendula officinalis L.) é uma planta de grande utilização
industrial em preparações cosméticas, farmacêuticas e como corante na indústria
de alimentos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da temperatura
e velocidade do ar de secagem na disponibilidade de compostos químicos de
interesse em capítulos florais de calêndula. Avaliou-se, também, o grau de
adequação de cinco modelos matemáticos de simulação de secagem às curvas
experimentais de variação da razão de umidade de flores de calêndula em função
do tempo. Os testes experimentais foram realizados empregando-se quatro níveis
de temperatura do ar de secagem, 40, 50, 60 e 70 ºC, em combinação com dois
níveis de velocidade do ar, 0,25 e 0,50 m s
-1
. O teor de β-caroteno foi determinado
por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), utilizando-se o método do
padrão externo. Os resultados mostraram que, para todas as temperaturas, o
aumento da velocidade do ar resultou no aumento da taxa de secagem. A análise
química revelou a ausência de β-caroteno em todos os tratamentos. Dos modelos
matemáticos avaliados, o de Midilli e colaboradores e o de Handerson e Pabis
Modificado foram os que melhor se ajustaram às curvas experimentais de secagem
a 70 e 40 ºC, respectivamente.
62
ABSTRACT. [DRYING AND CHEMICAL ANALYSIS OF MARIGOLD FLOWERS].
Marigold (Calendula officinalis L.) is widely employed in cosmetics, pharmaceutical
and food industries. The object of the present study was to assess the effect of
drying parameters, air temperature and velocity, on the availability of some
chemical compounds and active principles of interest in dried heads of marigold.
Work was also performed to investigate the good-of-fitness of five thin-layer drying
models to the experimental curve describing the variation of their moisture ratio as
a function of time. Experimental drying runs were performed combining four levels
of drying-air temperature (40, 50, 60, and 70 ºC) with two levels of drying-air
velocity (0.25 and 0.50 m s
-1
). The presence and amount of β-corotene in dried
samples of marigold heads were determined employing High Performance Liquid
Chromatography (HPLC), where a peak of this compound was matched to that in
the computer library. The levels of drying-air temperature and velocity employed in
this study were considered unsatisfactory to produce marigold samples for
detection and measurement of β-carotene. The thin-layer drying equation proposed
by Midilli and his associates was the model capable of predicting the drying curves
of marigold heads at 70 ºC with the best level of accuracy. Marigold drying curves
at 40 ºC were best fitted by the modified Henderson and Pabis equation.
2.1 INTRODUÇÃO
A calêndula (Calendula officinalis L.) é uma espécie muito utilizada e
conhecida em diversos continentes. Sua origem é incerta, mas de acordo com
Isaac (1992), ela foi considerada como sendo originária da região noroeste da
África e principalmente de países do Mediterrâneo. Trata-se de planta anual, de até
60 cm de altura. Pode ser cultivada durante todo o ano, porém desenvolve-se
melhor e é mais produtiva quando cultivada no inverno.
As partes da planta que apresentam-se como drogas, ou seja, matéria-prima
para a indústria farmacêutica e de cosméticos, são as sementes, nas quais
encontram-se de 18 a 25% de óleo. O componente principal do óleo é
denominado ácido calêndico, representa 55% do total e é de grande interesse
industrial. Ocorrem também na espécie, mas desta vez nas flores, substâncias tais
63
como: triterpenóides, saponinas, faradióis-monoésteres, glicosídeos flavônicos e
carotenóides (Montanari Jr., 2000).
O uso desta espécie é bastante difundido na indústria brasileira e mundial,
sendo utilizada pela indústria farmacêutica na fabricação de produtos
antiinflamatórios, cicatrizantes e antissépticos; pela indústria cosmética, em
composição de xampus, cremes e sabonetes e pela indústria alimentícia, como
corante natural na ração de galinhas poedeiras, para melhorar a coloração da
gema dos ovos. Possui valor também como planta ornamental.
Ao contrário de algumas ervas medicinais, a calêndula não deve ser seca ao
sol, pois os seus pigmentos são muito susceptíveis à fotodegradação e as flores
esmaecem com facilidade. Segundo Montanari Jr. (2000) a temperatura adequada
de secagem depende da finalidade a ser dada à planta. Para fins medicinais e
cosméticos não se deve ultrapassar 40 ºC; para ser empregada como corante na
indústria têxtil e de alimentos, a temperatura de secagem pode chegar a 80 ºC.
Tendo em vista a necessidade de determinar os parâmetros de secagem
definidos cientificamente para a C. officinalis L., de forma a não comprometer o
produto ou subproduto final, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a
influência da temperatura e da velocidade do ar de secagem sobre seus princípios
ativos, além de determinar o modelo matemático que melhor se ajusta aos dados
experimentais de secagem.
2.2 MATERIAL E MÉTODOS
Os testes experimentais de secagem foram realizados no Laboratório de
Engenharia Agrícola – LEAG, do Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias
– CCTA, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro – UENF. As
avaliações químicas envolvendo a extração e análise cromatográfica de
carotenóides foram desenvolvidas no Laboratório de Ciências Químicas – LCQUI,
Centro de Ciência e Tecnologia – CCT, UENF.
Utilizaram-se sementes da variedade “Efurter Orange” para a propagação da
calêndula, devido à uniformidade de coloração e tamanho das flores que
produzem. O sistema de cultivo obedeceu as recomendações preconizadas pela
agricultura orgânica.
64
Os capítulos florais de calêndula foram colhidos manualmente com auxílio
de uma tesoura de poda, em área de cultivo da empresa BIO ERVAS Plantas
Medicinais, situada em Tombos, Minas Gerais, localizada a 20°54’ latitude sul e
42°01’ longitude oeste. A colheita foi realizada nas primeiras horas da manhã,
geralmente entre 07:00 e 09:00 horas, uma a duas vezes por semana, apenas em
dias secos e quando pelo menos 50% das plantas de cada canteiro apresentassem
flores completamente abertas (Martins et al., 1994). Depois da colheita o produto
foi transportado para as instalações de pré-processamento localizada na sede da
propriedade, onde se fez a limpeza e posterior separação das flores em lotes
homogêneos quanto ao tamanho e cor.
O material selecionado foi então colocado em saco de polietileno
devidamente lacrado e depositado em recipiente de isopor de dimensões 31 x 42 x
39 cm, contendo gelo no fundo. A manipulação da matéria-prima foi feita de forma
a causar o menor dano possível às flores. O recipiente de isopor foi fechado e
rotulado para fins de identificação, sendo sempre acompanhado pelo laudo
agronômico. A embalagem com o produto era finalmente despachada, chegando
às dependências do LEAG cerca de 2 h depois do embarque.
O lote de calêndula proveniente da empresa fornecedora foi então
submetido a processo adicional de limpeza e separação e, havendo sido separado
em sublotes que seriam submetidos aos tratamentos de secagem naquele mesmo
dia, armazenava-se o material restante em potes de vidro de 3,275 L com tampa
rosqueável vedados com Parafilm
em câmara tipo B.O.D. a 4±1 ºC, até o
momento da secagem (Hansen et al., 1993; Venskutonis et al., 1996; Venskutonis,
1997).
A determinação do teor de água foi feita de acordo com as recomendações
da Norma S538, proposta pela American Association of Agricultural Engineers
(ASAE, 2000), utilizando-se estufa com circulação forçada de ar a 105 ºC por 24 h.
2.2.1 Experimento de secagem
Utilizou-se protótipo de secador de camada delgada (Figura 1), com bandeja
circular de diâmetro interno igual a 25 cm, construída com malha de aço inoxidável
na parte inferior. O secador é constituído de diafragma regulável localizado na
entrada do ventilador. O aquecimento do ar foi realizado por meio de conjunto de
resistências elétricas.
65
Figura 1. Esquema do protótipo de secador utilizado.
Os capítulos florais de calêndula foram dispostos na bandeja de maneira a
obter-se uma camada única de flores, evitando-se o esmagamento e problemas de
desuniformidade durante a secagem. Tendo em vista a redução significativa do
volume das flores de calêndula durante a secagem, em função da diminuição do
teor de água, o material foi redistribuído sobre a bandeja sempre que necessário,
de forma a não permitir que o fundo ficasse exposto diretamente à passagem de
ar. Para manutenção da vazão desejada, utilizou-se uma cunha de papelão de
forma que, à medida que o volume ia reduzindo, as flores eram rearranjadas e a
área vazia era coberta com o papelão, evitando-se que o ar passasse
prioritariamente pela parte exposta do fundo da bandeja.
A temperatura do ar de secagem foi medida utilizando-se termômetro de
mercúrio, com divisão de escala de 1 ºC; o termômetro foi colocado logo abaixo da
câmara de secagem. O controle da temperatura foi feito por um controlador
microprocessado N 480, com precisão de 0,20% da faixa máxima para sensores
tipo Pt 100. A velocidade do ar de secagem foi medida utilizando-se um
anemômetro de pás rotativas Airflow Modelo AV6, posicionado na saída do
66
dispositivo metálico localizado no topo da câmara de secagem. As leituras de
velocidade e temperatura foram registradas ao final de cada pesagem.
A temperatura e umidade relativa do ar ambiente foram monitoradas com
aparelho digital Hygrometer – Series 485, fabricado pela Dwyer Instruments, Inc.
As demais propriedades psicrométricas do ar de secagem, como entalpia, razão da
mistura e volume específico, foram calculadas utilizando-se o programa
computacional GRAPSI 6.0 (Melo et al., 2004) e estão apresentadas nas Tabelas 1
e 2.
As pesagens foram feitas com auxílio de balança semi-analítica para
determinação da quantidade de água removida durante o processo. As pesagens
foram feitas a cada 5 min na primeira meia-hora, a cada 10 min de 30 a 120 min, a
cada 15 min de 120 a 180 min e a cada 30 min a partir de 180 min. A secagem foi
interrompida quando o teor de água do produto atingiu o valor de 12% b.u. (Martins
et al., 1994; Girón e Cáceres, 1994). Ao final da secagem foi calculado o teor de
água final de cada tratamento (ASAE, 2000).
As curvas de secagem foram traçadas utilizando-se a razão de umidade,
RU = [(U
t
– U
e
) / (U
0
– U
e
)], e o tempo de secagem. Para o cálculo da razão de
umidade, uma amostra testemunha foi seca até que não se observasse
alterações nos valores de massa (Li et al., 1987), obtendo-se então valores de
teor de água de equilíbrio das flores de calêndula para cada valor de
temperatura. Os valores de U
e
obtidos foram de 8,3; 7,5; 5,1 e 4,6% b.u, para
40, 50, 60 e 70 ºC, respectivamente.
2.2.2. Avaliação da composição química
A análise do perfil fitoquímico da espécie foi baseada no componente
majoritário que apresenta relação com a característica de pigmentação. De acordo
com Kiiparkorn e Muangcharoen (1998), a calêndula tem sido considerada como
fonte de pigmento natural, utilizada principalmente como aditivo na ração de aves.
Devido à atividade pró-vitamina A dos carotenos, o β-caroteno, como representante
principal do grupo, tem sido muito pesquisado em plantas e produtos animais, com
o objetivo de descobir uma fonte potencial e melhorar o desempenho das análises
67
por CLAE (Hart e Scott, 1995; Wills e Rangga, 1996; Konings e Roomans, 1997;
Setiawan et al., 2001; Kimura e Rodriguez-Amaya, 2002).
Neste trabalho, a investigação foi direcionada para a identificação e
quantificação do grupo químico dos carotenóides. A quantidade de β-caroteno foi
calculada como proporção individual, de acordo com a área do pico obtido ao se
utilizar a curva padrão construída com padrão β-caroteno, adquirido da empresa
Sigma.
68
Tabela 1 - Condições médias do ar e das flores de C. officinalis para temperaturas de secagem de 40, 50, 60 e 70 ºC para velocidade de 0,25 m s
-1
Teste 1 2 3 4
Repetição 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Condições de secagem
Temperatura, ºC 40,00
40,00
40,00
50,10
50,00
50,00
59,50
60,2
60,1
69,90
69,90
70,30
Velocidade do ar, m s
-1
0,26
0,25
0,26
0,26
0,25
0,26
0,27
0,27
0,26
0,27
0,27
0,26
Vazão específica do ar, m
3
min
-1
m
-2
15,87
15,18
15,74
15,46
15,19
15,40
16,00
16,15
15,82
16,20
16,29
15,51
Razão da mistura, kg kg
-1
0,014
0,014
0,014
0,009
0,011
0,017
0,016
0,016
0,017
0,016
0,015
0,015
Temperatura, ºC 40,00
40,00
40,00
50,10
50,00
50,00
59,50
60,2
60,1
69,90
69,90
70,30
Condições iniciais do produto:
Temperatura, ºC 29,40
29,40
29,40
25,10
26,90
29,40
28,80
29,10
30,70
28,80
26,30
26,00
Teor de água, % b.u. 87,4
87,5
87,2
90,2
90,6
89,7
89,8
89,9
89,7
90,7
90,5
90,5
Tabela 2 -
Condições médias do ar e das flores de C. officinalis para temperaturas de secagem de 40, 50, 60 e 70 ºC para velocidade de 0,50 m s
-1
Teste 1 2 3 4
Repetição 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Condições de secagem:
Temperatura, ºC 40,20
39,90
39,90
50,30
50,50
n/d
60,10
60,10
60,10
71,30
n/d
70,1
Velocidade do ar, m s
-1
0,50
0,50
0,50
0,50
0,51
n/d
0,49
0,49
0,51
0,52
n/d
0,51
Vazão específica do ar, m
3
min
-1
m
-2
30,26
30,14
30,10
30,09
30,53
n/d
29,25
29,19
30,32
31,03
n/d
30,69
Razão da mistura, kg kg
-1
0,015
0,014
0,014
0,016
0,017
n/d
0,019
0,014
0,014
0,015
n/d
0,017
Condições iniciais do produto:
Temperatura, ºC 27,90
26,80
26,90
30,20
28,90
n/d
29,40
27,80
27,70
30,30
n/d
32,00
Teor de água, % b.u. 89,5
89,2
89,8
89,5
88,8
n/d
90,2
90,0
90,1
90,5
n/d
91,0
69
O preparo da amostra para análise por cromatografia em camada delgada
(CLAE) foi feito a partir de adaptação na metodologia proposta por Kimura e
Rodriguez-Amaya (2002). As amostras secas e picadas (± 10 g) foram extraídas
com 100 mL de acetona por uma semana. Depois deste período, o extrato foi
concentrado em evaporador rotativo até quase secura em temperatura de 35 ºC.
Novo volume de acetona foi adicionado às flores. Este procedimento foi realizado
num total de três vezes e os três resíduos reunidos.
Os extratos acetônicos foram pesados (0,5 g) e extraídos com éter de
petróleo. A fração em éter de petróleo foi concentrada em evaporador rotativo sob
as mesmas condições. O resíduo do balão foi solubilizado e transferido
quantitativamente para balão volumétrico de 5 mL. A solução foi filtrada em filtro
Sartorius Modelo Minisart RC 15 com poro de 45 µm.
Os extratos das amostras foram feitos logo depois da secagem, tendo o
cuidado de se obter todas as repetições de cada tratamento e só então preparar a
amostra para a injeção no cromatógrafo.
A análise em cromatografia líquida de alta eficiência, CLAE, foi feita em
aparelho Shimadzu equipado com duas bombas LC – 10 A
VP
, desgaseificador
DGU – 12 A
VP
, injetor manual com loop de 20 µL, controlado pelo programa Class
– VP, usando coluna monomérica de fase reversa C
18
(Shim-pack ODS; 4,6 x 250
mm; 25 cm). A fase móvel consistiu de mistura de solventes (acetonitrila/
tetraidrofurano/metanol/acetato de amônio 1%, 65:25:6:4) em método isocrático
(Setiawan et al., 2001). O fluxo foi mantido em 0,5 mL min
-1
. Um detector de
fotodiodo UV-Visível (SPD – M 10A
VP
) foi utilizado com detecção a 450 nm.
2.2.3. Delineamento experimental de secagem
Os diversos modelos empíricos de secagem apresentados anteriormente e
sumarizados na Tabela 3, foram avaliados quanto à sua eficiência para simular,
com elevado grau de acurácia, a cinética de secagem das flores de calêndula.
70
Tabela 3 – Modelos matemáticos de secagem em camada delgada aplicados
às curvas experimentais de redução da razão de umidade em
função do tempo para flores de calêndula (Calendula officinalis L.)
Nome do modelo Equação
Difusional por aproximação RU = a exp(- kt) + (1 - a) exp(- kbt)
Henderson e Pabis Modificado RU = a exp(- kt) + b exp(- gt) + c exp(- ht)
Midilli e colaboradores RU = a exp(- kt
n
) + bt
Page RU = exp(- kt
n
)
Thompson t = a ln(RU) + b[ln(RU)]
2
Para o ajuste dos modelos matemáticos, foi realizada análise de
regressão não-linear pelo método Simplex e Quasi-Newton, utilizando-se o
programa computacional STATISTICA
6.0, sendo os valores dos parâmetros
dos modelos estimados em função da temperatura do ar de secagem.
O grau de ajuste de cada modelo levou em consideração a magnitude do
coeficiente de determinação (R
2
), o erro médio relativo (P), o erro médio estimado
(SE) e a verificação do comportamento da distribuição dos resíduos (Stencl et al.,
1999; Soysal e Öztekin, 2001a e 2001b; Corrêa et al., 2002; Barbosa, 2005).
O erro médio relativo (P) e o erro médio estimado (SE), para cada modelo,
foram calculados pelas equações, respectivamente:
∑
−
=
Y
YY
n
100
P
0
(1)
GLR
)YY(
SE
2
0
∑ −
=
(2)
em que:
n = número de observações
Y = valor observado experimentalmente
Y
0
= valor calculado pelo modelo
GLR = graus de liberdade do modelo
71
As curvas de secagem foram traçadas utilizando-se a razão de umidade,
RU = [(U
t
– U
e
) / (U
0
– U
e
)], e o tempo de secagem. Para o cálculo da razão de
umidade, uma amostra testemunha foi seca até que não se observasse
alterações nos valores de massa (Li et al., 1987), obtendo-se então valores de
teor de água de equilíbrio da calêndula para cada valor de temperatura. Os
valores de U
e
obtidos foram de 8,3; 7,5; 5,1 e 4,6% b.u, para 40, 50, 60 e 70 ºC,
respectivamente.
A análise dos dados referentes à composição química foi feita por estatística
descritiva, uma vez que não houve possibilidade de se quantificar o teor de β-
caroteno das amostras em relação ao padrão externo, pois o composto não foi
encontrado nas amostras.
2.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores médios obtidos para os teores de água inicial e final, bem como
para o tempo de secagem, em cada tratamento, encontram-se na Tabela 4.
Observa-se que o tempo de secagem foi influenciado tanto pela temperatura
quanto pela velocidade do ar de secagem. Outro fato que pode ser observado na
Tabela 4 foi a dificuldade experimental para interromper a secagem no teor de
água desejado, que era de aproximadamente 12% b.u. Desta forma, o teor de
água final variou entre 9,8 e 15,6 % b.u. O teor de água inicial médio foi de
87,8±0,9 % b.u., de modo que as curvas de secagem apresentaram declividades
semelhantes.
Mostra-se, nas Figuras 2 e 3, a representação gráfica da variação da razão
de umidade em função do tempo de secagem, para os quatro valores de
temperatura avaliados nesse trabalho e velocidades do ar de secagem de 0,25 e
0,50 m s
-1
, respectivamente. Os resultados apresentados na Figura 2 indicam que
o tempo de secagem diminui consideravelmente com o aumento da temperatura do
ar: o tempo necessário para reduzir o teor de água das flores de calêndula de
86,2±0,0% b.u. para 12,2±0,4% b.u. foi de 32,3 h, na secagem a 40 ºC;
aumentando-se a temperatura do ar para 50 ºC, reduz-se o tempo de secagem
para 11,3 h, ou seja, aumentando-se em apenas 10 ºC a temperatura do ar de
secagem obtém-se, para as condições estudadas, uma redução de 2/3 no tempo
72
Tabela 4 –
Valores médios, por tratamento, dos teores de água inicial (Ui), final
(Uf) e tempo de secagem das flores de calêndula
Tratamento Ui (%b.u.) Uf (%b.u.) Tempo (h)
40 ºC/0,25 m s
-1
86,2 ± 0,0 12,2 ± 0,5 32,3 ± 1,0
40 ºC/0,50 m s
-1
88,6 ± 0,5 10,8 ± 2,0 36,8 ± 5,8
50 ºC/0,25 m s
-1
88,9 ± 0,6 12,0 ± 0,8 11,3 ± 0,8
50 ºC/0,50 m s
-1
86,9 ± 0,0 15,6 ± 2,5 7,9 ± 0,7
60 ºC/0,25 m s
-1
88,0 ± 0,0 10,7 ± 1,1 7,2 ± 0,5
60 ºC/0,50 m s
-1
88,2 ± 0,0 9,8 ± 0,8 5,4 ± 0,2
70 ºC/0,25 m s
-1
88,2 ± 0,0 11,8 ± 0,6 3,9 ± 0,1
70 ºC/0,50 m s
-1
87,6 ± 0,0 12,7 ± 2,0 2,6 ± 0,1
de secagem. Observa-se, também, que o nível de redução no tempo de secagem
diminui à medida que se continua a aumentar a temperatura: para um acréscimo
adicional de 10 ºC, de 50 para 60 ºC há uma redução de aproximadamente 1/3 no
tempo de secagem. Aumentando-se ainda a temperatura do ar de 60 para 70 ºC, a
redução no tempo de secagem fica em torno de 50%.
Os resultados dos testes para ava