Propriedades termofísicas de mistura proteíca resultante da hidrólise de subprodutos da indústria frigorífica

Abstract

Resumo: As indústrias nacionais de processamento de carnes têm destinado recursos para a modernização de equipamentos e tecnologias visando à adoção de processos mais limpos e econômicos. A aplicação de um processo contínuo e simultâneo de evaporação e hidrólise em substituição ao processamento em batelada de subprodutos da indústria frigorífica vem de encontro a esta tendência. Entretanto, um estágio anterior ao de implementação de novos processos que minimize custos e reduza riscos operacionais é o de descrição matemática e simulação computacional da operação investigada, etapas que por sua vez demandam o conhecimento de propriedades termofísicas do material processado. Neste contexto, ensaios experimentais foram realizados com o objetivo de determinar o calor específico, a densidade aparente e a condutividade térmica de mistura protéica obtida por tratamento de subprodutos de indústrias frigoríficas. Análises físico-químicas revelaram que o material investigado apresentava aproximadamente 4% de midade e 10% de cinzas, porém os teores de proteína (40 a 60%) e principalmente de lipídeos (8 a 25%) variaram significativamente em função da origem (indústria A ou B) do produto. Os ensaios experimentais para determinação do calor específico foram conduzidos em um calorímetro quase-adiabático utilizando o método das misturas. A densidade aparente da mistura protéica foi obtida com o auxílio de um picnômetro. Experimentos de condução de calor unidimensional em regime transiente foram realizados para obtenção de perfis axiais de temperatura em um cilindro feito com o material investigado. Estes dados foram utilizados para ajuste da condutividade térmica através do método simplex de otimização, envolvendo o método de separação de variáveis para solução analítica da equação diferencial parcial que caracteriza a 2ª lei de Fourier. Os valores encontrados para o calor específico, densidade aparente e condutividade térmica a temperatura ambiente, considerando as amostras secas e livres de gordura, foram respectivamente: 366 J kg-1 K-1, 396 kg m-3 e 0,038 W m-1 K-1. O efeito da fração mássica de água e de lipídeos sobre as propriedades de interesse foi investigado experimentalmente e modelos matemáticos foram propostos para escrever o comportamento observado.

Abstract: The Brazilian meat industry has made investments in modern equipments and technologies to have more economical and less pollutant process. The application of a continuous and simultaneous operation of hydrolysis and evaporation is a cleaner and cheaper alternative to replace the traditional batch operation for processing the great amount of by-products with high contents of protein. However, a first step when suggesting novel processes, which reduces costs and risks but also requires the knowledge of thermophysical properties of the processed material, is the modeling and simulation of the investigated peration. In this framework, a set of experimental runs was carried out to determine the specific heat, apparent density and thermal conductivity of by-products flour obtained by processing the residuals of poultry slaughterhouses. Physico-chemical analyses revealed that moisture content and ash of the investigate material were approximately 4 and 10%, respectively. Instead, the content of protein (40-60%) and mainly lipids (8-25%) were significantly different in the products from the two different meat industries (A or B) considered in this investigation. The experimental method of mixtures and a quasi-adiabatic calorimeter were used to obtain a specific heat close to 366 J kg-1 K-1. An apparent density equal to 396 kg m-3 was experimentally found involving a pycnometer. A thermal conductivity of 0.038 W m-1 K-1 was tuned on transient experimental measurements of temperature in a dry bar of by-products flour involving the simplex method of optimization. A dynamic one-dimensional heat transfer model represented by the Fourier 2nd Law involved in this procedure of tuning was analytically solved by the method of separation of variables. The influence of mass fraction of water and fat on the considered thermophysical properties was experimentally nvestigated and mathematical models were suggested to describe the observed findings.