Intensificação do processo de liofilização da polpa de açaí (Euterpe oleracea Mart.) através do congelamento a vácuo

Abstract

Resumo: O açaí é considerado uma "super fruta" em decorrência da grande quantidade de compostos bioativos, com destaque para as antocianinas. No entanto, a sua polpa é altamente perecível, sendo necessário submetê-la a processos de conservação visando sua ampla comercialização. Dentre esses processos, destaca-se a secagem por possibilitar um aumento expressivo na vida útil e a incorporação do açaí em pó em diversos produtos. A secagem por liofilização apresenta-se como alternativa, por ocorrer a baixas temperaturas e sob vácuo. Entretanto, em função dos altos custos energéticos atrelados ao processo, são necessárias pesquisas a fim de intensificar a taxa de liofilização sem comprometer a qualidade do produto final, tornando o método mais atrativo para a indústria. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar a influência do congelamento a vácuo (CV) na cinética de liofilização da polpa de açaí e na qualidade do pó obtido. O CV consiste na remoção do calor do produto por meio da evaporação da sua água livre e da sublimação do gelo formado, ambos a baixas pressões. Em decorrência disso, obtêm-se altas taxas de resfriamento e congelamento, mas porcentagens elevadas de perda de massa - o que pode ser vantajoso quando o objetivo é concentrar/desidratar a polpa. Apesar das vantagens, o CV é ainda pouco explorado na indústria de alimentos. Portanto, a primeira parte deste trabalho foi dedicada a elucidar o efeito do CV sobre a cinética de processo e a concentração de antocianinas totais da polpa de açaí. Os resultados mostraram que o tempo para a polpa de açaí atingir a temperatura de -30 °C foi dez vezes menor para o congelamento a vácuo em comparação com o congelamento por contato com superfície e ar frios (CC). Além disso, a perda de massa das amostras submetidas ao CV foi entre 15 e 17 %. O CV também foi eficiente na preservação das antocianinas na polpa de açaí. Na segunda parte do trabalho, foi investigado o uso do CV como uma forma de intensificar a liofilização da polpa de açaí. Os resultados mostraram que as amostras congeladas a vácuo apresentaram uma redução de 44 % no tempo total de liofilização quando comparada com a polpa de açaí congelada por CC. A estrutura porosa juntamente com a grande quantidade de cristais pequenos de gelo das amostras CV contribuíram para o aumento das taxas de transferência de massa durante a sublimação e dessorção. O uso de uma fonte adicional de calor durante a liofilização também ocasionou em uma redução ainda maior do tempo de secagem, e em um pó com maior retenção de antocianinas. No último capítulo foi investigado como os diferentes métodos e condições de secagem influenciam as propriedades físicas da polpa de açaí em pó. Foi confirmado que, além de reduzir o tempo de processo, o congelamento a vácuo aplicado como primeira etapa da liofilização também resulta em um produto em pó de qualidade. Portanto, pode-se afirmar que o congelamento a vácuo é um método promissor para ser utilizado como primeira etapa da liofilização, possibilitando intensificar tanto as taxas de congelamento como sublimação, e ainda resultar em polpas de frutas desidratadas de alta qualidade.

Abstract: Açai is considered a "super fruit" due to high levels of bioactive compounds, especially anthocyanins. However, its pulp is highly perishable, and it is necessary to submit it to conservation processes. Thus, freeze-drying is the main alternative, because the drying process occurs at low temperatures and under vacuum. However, due to the high energy costs associated with the process, research is needed to intensify the rate of freeze-drying without compromising the quality of the final product, making the method more attractive to the industry. In this context, the objective of this work is to evaluate the influence of vacuum freezing (VF) on the freeze-drying kinetics of açai pulp and on the quality of the powder obtained. The VF consists of the removal of heat from the product through the evaporation of its free water and sublimation of the ice formed, under low pressure. As a result, high rates of cooling and freezing are obtained, but high percentages of mass loss - which can be advantageous when the goal is to concentrate/dehydrate the pulp. Despite this, VF is still poorly exploited in the food industry. Therefore, the first part of this work was dedicated to elucidating the characteristics of VF and its effect on the process kinetics and total anthocyanin concentration of açai pulp. The results showed that the time for the açai pulp to reach the temperature of -30 °C was ten times shorter for vacuum freezing compared to the conventional freezing method (CF). The mass loss of the samples submitted to VF was between 15 and 17 %. VF was also efficient in preserving anthocyanins in acai pulp. In the second part of the work, the use of VF was investigated as a way to intensify the freeze-drying of açai pulp. The results showed that the vacuum frozen sample showed a 44 % reduction in total freeze-drying time when compared to the CF frozen açai pulp. The porous structure with a large number of small ice crystals contributed to the increased mass transfer rates during sublimation and desorption. The use of an additional heat source during freeze-drying led to a further reduction in drying time and yielded a powder with a high concentration of anthocyanins. The last chapter investigated how different drying methods and process conditions influence the physical characteristics of acai pulp powder. It was confirmed that vacuum freezing, when applied as the initial step of freeze-drying, also resulted in a high-quality powder product. Therefore, based on these results, it can be stated that vacuum freezing is a promising method to be used as the first step of freeze-drying. This approach allows the intensification of both freezing and sublimation rates while still producing dehydrated fruit pulps of high quality.