Decomposição fotocatalítica do etileno visando o controle da maturação de tomate-cereja

Abstract

O etileno é um fitormônio que promove a maturação de frutos climatéricos. Quando presente em ambientes de transporte e armazenamento de frutas e hortaliças, esse composto pode ocasionar a aceleração da maturação, promovendo a senescência e podendo causar o descarte destes produtos. O objetivo deste estudo foi avaliar o processo de oxidação fotocatalítica na remoção de etileno visando o controle da maturação de tomates. Para tanto, foi construído um reator de fluxo contínuo para experimentos em laboratório. Para isto, foi aprimorado e avaliado um método de deposição de fotocatalisador utilizando diferentes concentrações de TiO2 em suspensão com etanol, e diferentes ciclos de deposição. Nesta etapa também foi avaliado os efeitos na espessura do filme de TiO2 e a conversão de etileno, bem como a formação de dióxido de carbono. Posteriormente, foram estudados os efeitos da vazão volumétrica do gás, concentração inicial de etileno e intensidade luminosa da luz UV-A na conversão de etileno. Por fim, tomates cereja (S. lycopersicum L.), utilizados como uma fruta modelo, foram inseridos em um recipiente hermeticamente fechado com circulação de ar através do reator fotocatalítico, e a concentração de etileno e dióxido de carbono foram monitoradas. Os reagentes e os produtos da reação foram identificados e quantificados utilizando um cromatógrafo gasoso acoplado a um espectrômetro de massas. Os resultados observados mostraram que a deposição de fotocatalisador usando uma concentração de 1,5 % de TiO2 e cinco ciclos de deposição resultou na formação de uma espessura de filme de 1,0 µm. Os menores valores de vazão volumétrica proporcionaram a maior conversão de etileno. O modelo de Langmuir-Hinshelwood foi capaz de descrever o efeito da concentração do etileno nos valores de taxa de degradação de etileno. O valor da taxa de reação aumentou linearmente com a intensidade luminosa aplicada. O reator fotocatalítico mostrou-se eficiente para eliminação de etileno produzido por tomate-cereja, mostrando ser uma técnica promissora para o controle da maturação, e consequentemente redução de perdas na pós-colheita.

Abstract : Ethylene is a phytohormone that promotes the ripening of climacteric fruits. When present in the transport and storage environments of fruits and vegetables, ethylene can cause the acceleration of maturation and senescence, leading to the need to dispose of the products. Thus, the elimination of this gas in storage chambers has been studied as an efficient way to improve the shelf-life of climacteric fruits and vegetables. The aim of this study was to investigate the application of the photocatalytic degradation of ethylene produced by tomato fruits. The results for the catalyst deposition showed a linear increase in the photocatalytic degradation of ethylene with increasing thickness of the catalyst deposited on the inner wall of the reactor, up to a constant degradation value. The dependence of the reaction rate was linear with high values for the flow rate, which is associated with the surface reaction. However, at a low flow rate, mass transfer limitations can affect the ethylene reaction rate. Under a kinetic regime, the Langmuir-Hinshelwood model was able to describe the effect of the ethylene gas concentration on its degradation rate. Increasing incident irradiance led to a linear increase in the ethylene conversion over the range studied. The photocatalytic reactor proved to be efficient for the elimination of ethylene produced by cherry tomatoes, proving to be a promising technique for delaying maturation, and consequently reducing post-harvest losses.