Determinação e análise de propriedades termofísicas do melaço de soja

Abstract

Resumo: O melaço de soja é um subproduto do processamento de farinha desengordurada de soja para produção de concentrado protéico de soja (CPS). A concentração das proteínas ocorre por extração dos carboidratos solúveis com uma mistura álcool-água, o que gera após centrifugação e remoção de álcool uma torta rica em proteína (CPS) e uma solução aquosa essencialmente composta por carboidratos solúveis (melaço de soja). O melaço concentrado por evaporação é empregado como matéria-prima para ração animal, como combustível de caldeira industrial, para produção de isoflavonas e como substrato em processos fermentativos, principalmente para produção de álcoois. Apesar do grande volume de geração deste resíduo e de suas crescentes aplicações comerciais, suas propriedades termofísicas de importância para dimensionamento, simulação e otimização das operações de transformação deste subproduto não são disponíveis na literatura. Neste contexto, o presente trabalho visou determinar experimentalmente a elevação do ponto de ebulição (EPE), o calor específico e a densidade de soluções aquosas de melaço. EPEs de até 8,2 oC foram registrados com um ebuliômetro operando de 7,6 a 86,9 kPa com soluções de melaço envolvendo frações mássica de sólidos totais de 0,3 a 0,6. No caso do calor específico, valores da ordem de 3394 a 3948 J kg-1 oC-1 a temperatura ambiente foram obtidos através do método da mistura em calorímetro quase adiabático para soluções de melaço com teores de sólidos totais variando de 0,1 a 0,4. Em uma faixa análoga de concentração de sólidos, densidades de aproximadamente 995 a 1104 kg m-3 foram medidas com o método do tubo em U oscilante em temperaturas entre 40 e 60 oC. Modelos empíricos consistentes com as medidas experimentais foram propostos para estimativa das propriedades investigadas em toda a faixa de frações mássicas de sólidos totais possível, isto é, entre a que caracteriza o melaço puro e submetido a diluições infinitas. Ensaios de concentração de melaço por evaporação foram conduzidos a pressão atmosférica e sob vácuo (32,5 kPa), e um modelo baseado em equações fundamentais de conservação de calor e massa foi sugerido para reproduzir os dados transientes de concentração de melaço determinados por método gravimétrico. Palavras-chave: melaço de soja, elevação do ponto de ebulição, densidade, calor específico e evaporação.

Abstract: The soy molasses is a byproduct from the defatted soy flour process in order to produce the soy protein concentrate (SPC). The concentration of protein occurs by extracting the solubles carbohydrates with an alcohol-water mixture, which generates after centrifugation and the alcohol removal a rich protein pie (SPC) and an aqueous solution consisting essentially by water soluble carbohydrates (soy molasses). The molasses concentrated by evaporation is used as a raw material for animal feed, as an industrial boiler fuel, for the production of isoflavones and as a substrate in fermentation processes, especially for producing alcohols. Despite of the large volume of generation of this waste and its growing commercial applications, their thermophysical properties of importance to design, simulate and optimize processing operations of this by-product are not available in the literature. In this context, this research intended to experimentally determine the boiling point elevation (BPE), the specific heat and density of aqueous solutions of molasses. BPEs up to 8.2 ° C were recorded with an ebulliometer operated at a pressure range from 7.6 to 86.9 kPa involving molasses with mass fractions between 0.3 and 0.6. In the case of specific heat, the experiments based on the method of mixture were always carried in an almost adiabatic calorimeter. Specific heats close to 3394 to 3948 J kg-1 °C-1 were determined at room temperature for molasses with total solids from 0.1 to 0.4. In a similar concentration range of solids, density of about 995-1104 kg m-3 were obtained by the oscillating U-tube method at temperatures between 40 and 60 °C. Empirical models whose results were consistent with the experimental measurements were proposed to estimate the properties investigated in the full range of mass fractions of total solids (i.e.; between those found when considering pure molasses and infinite dilutions). Experiments for molasses concentration were also performed by evaporation at atmospheric pressure and under vacuum (32.5 kPa). A model based on heat and mass conservation equations was suggested to reproduce the transient data of molasses concentration determined by gravimetry. Keywords: soy molasses, boiling point elevation, density, specific heat and evaporation.