ARTÍCULO ORIGINAL

Estudo da cinética de secagem de folhas de Bauhinia Cheilantha (Bong.) Steud. (mororó)

Estudio de la cinética de secado las hojas de Bauhinia Cheilantha (Bong.) Steud. (mororó)

Study of the drying kinetics of leaves Bauhinia cheilantha (Bong.) Steud . (mororó)

Ing. Jorge Jacó Alves Martins, Ing. Francinalva Cordeiro de Sousa, Prof. Ana Paula Trindade Rocha, Ing. Joabis Nobre Martins, Prof. Josivanda Palmeira Gomes

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Campina Grande. Paraíba, Brasil.

RESUMO

Introdução: Bauhinia cheilantha (Bong.) Steud. é uma espécie nativa da América do Sul, pertencente à família Fabaceae, cujo nome popular é mororó, e tem sido utilizada na medicina popular para o tratamento de diabetes, anti-inflamatória, distúrbio digestivo, reumatismo, sedativa.
Objetivo: determinar, experimentalmente, as curvas de secagem para folhas de mororó e ajustar diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais, em função da temperatura e da velocidade do ar de secagem.
Métodos: o teor de água inicial das folhas foi determinado pelo método padrão da estufa, 105 ± 3 °C, durante 24 h, com três repetições. Para cada tratamento de secagem foram utilizados em torno de 150g de folhas por repetição. Para o ajuste dos modelos matemáticos aos dados experimentais, realizou-se análise de regressão não linear, pelo método Quasi-Newton, através do programa computacional Statistica 5.0®, em que os valores dos parâmetros dos modelos foram estimados em função da temperatura e da vazão do ar de secagem.
Resultados: O modelo que melhor representou o processo de secagem do mororó para a faixa de temperatura de 40 a 60 ºC foi o de Midilli.
Conclusão: Os resultados mostraram que com o acréscimo da temperatura promoveu uma maior redução no tempo de secagem.

Palavras-chave: plantas medicinais, Bauhinia cheilantha, modelagem.

RESUMEN

Introducción: Bauhinia cheilantha (Bong.) Steud es una especie nativa de América del Sur, perteneciente a la familia Fabaceae, cuyo nombre popular es mororó. Se ha utilizado en la medicina popular para tratar la diabetes, anti-inflamatorio, trastorno digestivo, reumatismo y sedante.
Objetivo: determinar em experimento las curvas de secado para las hojas de mororó y ajustar diferentes modelos matemáticos a los datos experimentales, de acuerdo con la temperatura de secado y la velocidad del aire.
Métodos: el contenido inicial de agua de las hojas se determinó por el horno estándar, 105 °C ± 3 durante 24 h con tres repeticiones. Para cada tratamiento de secado se utilizaron alrededor de 150 g de hojas por repetición. Para ajustar el modelo matemático a los datos experimentales, no había análisis de regresión no lineal. El método cuasi-Newton, por el software Statistica 5.0® en los valores de los parámetros del modelo se estimaron de acuerdo con la temperatura y el caudal aire de secado.
Resultados: el modelo que mejor representa el proceso de secado de mororó para el rango de temperatura de 40-60 °C fue Midilli.
Conclusión: los resultados mostraron que con el aumento de la temperatura promueve una mayor reducción en el tempo de secado.

Palabras clave: Plantas medicinales, Bauhinia cheilantha, modelado.

ABSTRACT

Introduction: Bauhinia cheilantha (Bong.) Steud is a native species of South America, belonging to the fabaceae family, whose popular name is mororó, and has been used in folk medicine to treat diabetes, anti-inflammatory, digestive disorder, rheumatism, sedative
Objective: to determinate the drying curves for mororó sheets and adjust different mathematical models to experimental data, according to the drying temperature and air velocity.
Methods: The initial water content of the leaves was determined by standard oven at 105 ± 3 °C for 24 hours, with three replicates. For each treatment were used in drying about 150g per replicate leaves. To adjust the mathematical models to experimental analysis was carried out non-linear regression by the method Quasi-Newton, through software Statistica 5.0 ®, wherein the values ​​of parameters were estimated from the temperature and flow air drying.
Results: The model that best represented the drying process of mororó for the temperature range 40-60 °C was the Midilli.
Conclusions: The results showed that with the addition of Temperature promoted a greater reduction in drying time.

Key words: medicinal plants, Bauhinia cheilantha, modeling.

INTRODUÇÃO

A crescente procura por plantas medicinais, aromáticas e condimentares em diversos países é derivado da tendência dos consumidores em utilizarem, preferencialmente, produtos farmacêuticos ou alimentícios de origem animal.¹ O Brasil possui a maior diversidade genética vegetal do mundo, com cerca de 55.000 espécies catalogadas de um total estimado entre 350. 000 e 550.000.²

Entre as inúmeras espécies vegetais de interesse medicinal, encontram-se as plantas do gênero Bauhinia, pertencente à família Leguminosae ou Fabaceae, o qual compreende aproximadamente 300 espécies, sendo que no Brasil já foram catalogadas aproximadamente 250 espécies nativa.³

A Bauhinia é uma espécie nativa da América do Sul, com distribuição na Argentina, Paraguai, Uruguai, Bolívia e Brasil. No Brasil essa distribuição ocorre nos Estados de Alagoas, Bahia, Espírito Santo, Minas Gerais, Paraná, Pernambuco, Piauí, Rio de Janeiro, Santa Catarina e São Paulo.⁴

É uma planta amplamente utilizada na medicina popular, da qual seu extrato aquoso está sendo bastante estudado por pesquisadores para diversos fins fitoterápicos. Vários estudos têm sido realizados no Brasil, porém o mais pesquisado é no controle da diabete mellitus. Utilizada popularmente como hipoglicemiante.^5-7 Esta planta vem despertando um grande interesse científico uma vez que estudos fitoquímicos em suas folhas possibilitaram a identificação de um marcador químico, denominado kaempferitrina, o que contribui para explicar a ação hipoglicemiante agregada a esta espécie vegetal.^5,8-10

Bauhinia cheilantha (Bong.) Steud., é uma leguminosa típica da Caatinga, principal ecossistema existente no semiárido brasileiro. Estima-se que cerca de 40% da área desse ecossistema nunca tenha sido coletada e 80% dela subamostrada.¹¹

A espécie B. cheilantha possui grande relevância econômica e etnofarmacológica no semiárido brasileiro, sendo sua parte aérea amplamente empregada nas práticas caseiras da medicina popular para o tratamento de diabetes, além de possuir aplicação madeireira, forrageira e como combustível.^12,13 É uma espécie cuja importância nas comunidades rurais é bastante expressiva, sendo usada na produção de remédios tradicionais com ação antiinflamatória, antidiabética, para distúrbios digestivos, reumatismo e sedativa.^14,15 São atribuídas as suas folhas ação antiinflamatória, antidiabética, sedativa, antiparasitária, digestiva e expectorante, sendo comprovada cientificamente sua atividade antioxidante, antinociceptiva e hipoglicemiante.¹⁶

Nas espécies medicinais uma das operações unitárias mais frequentes na produção de extratos vegetais é a secagem, ela deve ser realizada imediatamente após a colheita do material minimizando com isso as perdas de substâncias farmacológicas ativas que ocorrem devido à degradação enzimática associada à presença de água.¹⁷ Nesta fase, o processo de secagem é mais utilizado para assegurar a qualidade e a estabilidade do material, considerando que a redução do teor de água reduz a atividade biológica e as mudanças químicas e físicas que ocorrem durante o armazenamento.¹⁸

Na secagem de plantas medicinais, os limites da temperatura do ar de secagem são determinados em função da sensibilidade dos princípios ativos da planta medicinal.¹⁹ Outro fator de extrema importância na qualidade química de plantas medicinais submetidas à secagem é a velocidade do ar no processo. Uma vez aumentada à taxa de insuflação do ar através do produto submetido à secagem, ocorre aumento da quantidade de água removida, ocasionando diminuição do tempo de secagem.

A cinética de secagem é de fundamental importância para a modelagem matemática da operação e projeto de secadores. É através deste estudo que se estabelecem as equações da umidade em função do tempo de secagem para os diferentes períodos e taxas de secagem, possibilitando também a determinação do mecanismo predominante na transferência de massa do material para o fluído e as respectivas equações matemáticas correspondentes.²⁰

As curvas de secagem, em camada delgada, variam com a espécie, variedade, condições ambientais, métodos de preparo pós-colheita, entre outros fatores. Neste sentido, diversos modelos matemáticos têm sido utilizados para descrever o processo de secagem de produtos agrícolas.²¹ Esses modelos, geralmente, baseiam-se em variáveis externas ao produto, como a temperatura e a umidade relativa do ar de secagem.

Assim, objetivou-se com o presente trabalho determinar, experimentalmente, as curvas de secagem para folhas de B. cheilantha e ajustar diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais, em função da temperatura e da velocidade do ar de secagem.

MÉTODOS

Foram utilizadas para a realização da cinética de secagem folhas de B. cheilantha (mororó) da família das leguminosas, provenientes da cidade de Campina Grande. As folhas de mororó foram coletadas manualmente pela manhã no horário das 7:30 as 8 h, no período de março a abril de 2011, apresentando teor de água em torno de 69% em base úmida (b.u.) O material foi encaminhado ao Laboratório de Química e Biomassa (LBQ) da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) para seleção, determinação do teor de água e secagem em estufa com circulação e renovação de ar. As exsicatas do material botânico foram depositadas no Herbário do Centro de Saúde e Tecnologia Rural da Universidade Federal de Campina Grande – Campus de Patos (Patos, PB, Brasil) sob nº 5047.

Após a colheita, antes do processo de secagem, o material foi transportado ao laboratório em sacos de polietileno, onde foram selecionadas para a retirada de partes danificadas. Depois do processo de seleção as mesmas tiveram suas extremidades inferiores e superiores cortadas manualmente, havendo o cuidado de trabalhar somente com a parte central. As plantas foram cortadas de maneira transversal em pedaços de no máximo 2 cm de espessura. Após esta etapa as plantas foram homogeneizadas e colocadas em uma cesta de material metálico, em tela de arame de malha fina.

O teor de água inicial do produto foi determinado pelo método gravimétrico, utilizando-se estufa a 105 ± 3 ºC, durante 24 h, até peso constante, em três repetições de acordo com Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz.²²

Após a homogeneização do material, o conjunto (cesta + amostra) foi pesado em balança semi-análitica e colocada na estufa (câmara de secagem), procedendo ao início da operação. Após o equipamento ter sido ligado, foi determinada a velocidade do ar, através de um anemômetro colocado na lateral da estufa, bem como o ajuste das temperaturas a serem trabalhadas.

A secagem foi realizada em camada delgada em estufa com circulação de ar com temperatura e velocidade do ar controlada (40, 50 e 60 ºC e 05, 1,0 e 1,5 m/s^-1) e a umidade relativa do ar monitorada através de um termo-higrômetro. O teor de água perdido durante o processo de secagem foi obtido por pesagens descontínuas das amostras e o esquema das pesagens seguiu intervalos de 5, 10, 20, 30 e 60 min, até o final do processo. As pesagens foram realizadas até que as variações de massa fossem insignificantes.

Definiu-se a temperatura e a velocidade do ar como variáveis do processo de secagem, estudando-as em 3 níveis, codificados como -1, 0 e +1; os valores reais correspondentes a esses níveis, foram 40 ºC (-1), 50 ºC (0) e 60 ºC (+1) para a temperatura e 0,5 m.s^-1 (-1), 1,0 m.s^-1 (0) e 1,5 m.s^-1 (+1) para a velocidade. O número de experimentos foi 2ⁿ (n é o número de variáveis) com três repetições no ponto central. Na tabela 1, encontram-se os valores reais e codificados para o planejamento fatorial.

Para determinação da razão de teor de água das folhas de mororó para as diferentes condições de secagem foi utilizada a seguinte equação:

Onde:

RX: razão de umidade (adimensional).

Xe: teor de água de equilíbrio em base seca.

Xbs: teor de água em base seca.

Xbs (inicial): Umidade inicial em base seca.

Os valores de RX observados para cada temperatura do ar de secagem foram analisados por sete diferentes equações empíricas e semiempírica de regressão não linear, conforme a tabela 2.

Para o ajuste dos modelos matemáticos (tabela 2) (Equação 2,3,4,5,6,7,8) aos dados experimentais, realizou-se análise de regressão não linear, pelo método Quase-Newton, empregando-se o programa computacional Statistica 5.0®. Os critérios usados para determinação do melhor ajuste dos modelos aos dados experimentais foram: coeficiente de determinação (R²) e desvio quadrático médio (DQM), calculado pela equação 9.

RESULTADOS

Na tabela 3 está apresentado o resumo do ajuste dos modelos por meio de regressão não linear aos dados experimentais da secagem de folhas de B. cheilantha em camada delgada, considerando as diferentes temperaturas e velocidade do ar de secagem.

Em todos os tratamentos os modelos matemáticos ajustados aos dados experimentais, apresentaram coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,95 e valores de DQM inferiores a 0,01 (tabela 3). Em relação ao coeficiente de determinação (R²) as equações de Midilli,²³ Cavalcanti Mata,²⁴ Logarítmico,²⁵ Page²⁶ e Wang e Sing²⁷ apresentaram valores elevados para todos os tratamentos, estando acima de 99 %.

Para melhor análise do modelo ajustado aos dados experimentais, a figura foi elaborada, comparando os valores observados e estimados da razão de teor de água pelo modelo de Midilli²³ durante a secagem das folhas de mororó nas temperaturas entre 40 e 60ºC, em que se verifica que os dados encontram-se próximos da curva que passa pela origem dos pontos, que teoricamente representa a igualdade entre os valores observados e estimados.

Na figura estão apresentadas as curvas de secagem das folhas de mororó obtidas sob diferentes condições de temperatura (40, 50 e 60ºC) e velocidade do ar de secagem entre 0,5 a 1,5 m.s^-1, conforme matriz experimental apresentada na tabela 1.

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Como previsto, o tempo de secagem decresce com o aumento da temperatura do ar. Para a faixa de velocidade do ar de secagem estudada (0,5 a 1,5 m.s^-1) os resultados mostram que esta teve um pequeno efeito significativo sobre o processo, apenas quando se trabalhou com a velocidade de 1,5 m.s ^-1, contribuindo para que a secagem ocorresse de forma mais rápida nesta condição. Para as curvas referentes ao ponto central (50 ºC) da matriz experimental, observa-se uma não superposição das mesmas, devido ao fato de que as amostras foram secas em dias alternados e que variáveis como umidade relativa do ambiente e teor de água inicial das mesmas são incontroláveis.

DISCUSSÃO

De acordo com os resultados apresentados acima, e conforme os coeficientes de determinação ajustados e os desvios quadráticos médios estimados, a equação de Midilli,²³ foi a que melhor representou aos dados experimentais para descrever o processo de secagem de folhas de mororó para a faixa de temperatura (40 a 60 ºC) e velocidade estudada (0,5 a 1,5 m.s^-1). Porém vale ressaltar que todas as equações estudadas podem ser utilizadas para predizer a cinética de secagem das folhas de mororó, por apresentar coeficiente de determinação superior a 0,95.

Os tempos médios necessários para completar o processo de secagem foram 1095, 615 e 495 minutos para as temperaturas de 40, 50 e 60 ºC, respectivamente. Comportamento similar foi observado por Martinazzo, ¹ com tempos médios de secagem de 4, 7, 20 e 75 h para as temperaturas de 60, 50, 40 e 30 °C avaliando as características da secagem de folhas de capim – limão e Randuz¹⁹ encontraram para a avaliação da cinética de secagem de folhas de sálvia tempos médios de secagem de 780, 495, 255, 190, 80 e 60 min para as temperaturas 40, 50, 60, 70, 80 e 90 °C.

Os resultados encontrados estão de acordo com os obtidos por Randunz²⁸ que estudando a cinética de secagem da carqueja, observaram que o modelo matemático de Midilli²⁴ foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais para a faixa de temperatura de 40 a 90 ºC. Já para a secagem de folhas de sálvia Randunz¹⁹ observaram que o modelo de Henderson & Pabis ²⁹ modificado e o de Midilli. Se mostraram adequados para descrever o processo de secagem para a faixa de temperatura de 40 a 90 ºC.

Martinazzo¹ que avaliaram as características da secagem de folhas de capim-limão em camada delgada para a faixa de temperatura de 30 a 60 °C, concluíram que o modelo de Midilli²⁴ foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, apresentando o maior coeficiente de determinação.

Portanto de acordo com Randunz¹⁹ o ajuste do modelo matemático depende da espécie vegetal, devendo ser realizados estudos individuais para as diversas espécies de plantas medicinais, aromáticas e condimentares existentes.

Nas condições em que a pesquisa foi realizada pode-se concluir que a cinética de secagem das folhas de B. cheilantha decresce com o acréscimo da temperatura do ar e que o modelo de Midilli²³ se mostrou adequado para descrever o processo de secagem das folhas de mororó para a faixa de temperatura de 40 a 60 ºC.

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Recibido: 30 de julio de 2014.
Aprobado: 16 de junio de 2015.

Francinalva Cordeiro de Sousa. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Campina Grande. Paraíba, Brasil.
Correo electrónico: francis_nalva@yahoo.com.br