Valorização do bagaço de maçã mediante explosão a vapor seguida de processamento ácido e secagem

Abstract

O bagaço de maçã é rico em vários nutrientes, destacando-se as fibras alimentares solúveis e insolúveis. Apesar das inúmeras possibilidades de utilização do bagaço de maçã, inclusive aplicações com alto valor agregado, este resíduo é simplesmente descartado em aterro industrial o que resulta em produção de gases de efeito estufa ou então disponibilizado para o consumo bovino. Neste contexto, este estudo tem por objetivo processar o bagaço de maçã de forma a transformá-lo em um insumo de maior valor agregado para atividade agroindustrial e que atenda os fundamentos da economia circular. Além disso, busca-se analisar e descrever a secagem em camada delgada da pasta resultante do processamento ácido. Assim, o bagaço de maçã coletado da indústria produtora de suco foi processado para se obter uma farinha fina que passou por um processo de explosão a vapor e de reação ácida para extrair os compostos importantes e se obter uma pasta adequada para posterior industrialização. A análise centesimal foi utilizada para caracterizar as farinhas, DSC, FTIR e MEV para avaliar a estrutura e a capacidade de retenção de água e óleo para avaliar a funcionalidade das farinhas processadas. Após o processamento, a pasta resultante passou por uma etapa de secagem em camada delgada em túnel de vento com análise dos efeitos da temperatura do ar de secagem, que variou entre 60 °C e 70 °C, e da velocidade do ar que oscilou entre 1,7 m s-1 e 2,5 m s-1. Para bem dominar os efeitos das condições operacionais, desenvolveu-se um estudo de modelagem computacional da secagem. Os resultados demonstraram que as farinhas obtidas apresentaram teor de fibra alimentar total acima 62%. Os processos combinados de autoclavagem com explosão a vapor seguido de tratamento ácido pouco alteraram a estrutura das farinhas, mantendo suas características estruturais e funcionalidades, porém acelerando e aumentando consideravelmente a produção de açúcar redutor a partir do bagaço de maçã. Os grupos funcionais presentes na estrutura das farinhas, assim como a morfologia e o fluxo de calor absorvido pelas amostras tiveram poucas variações, sugerindo uma sutil hidrólise parcial dos carboidratos presentes na farinha do bagaço de maçã, preservando-se assim as principais características da farinha. Curvas de secagem em camada delgada da pasta de bagaço de maçã foram obtidas experimentalmente, verificando-se que a temperatura de 70 °C e velocidade do ar em 2,5 m s-1 representam os menores tempos de secagem, assim como ao maior valor de velocidade de secagem no período de taxa constante de secagem. Além disso, empreendeu-se um esforço de modelagem computacional que foi capaz de descrever a dinâmica da secagem ao se considerar a atuação dos fenômenos de escoamento, transporte de massa e calor. Para validar o modelo, reproduziram-se as curvas experimentais de secagem via simulação com coeficientes de determinação acima de R2 = 0,997 e erros padrão inferiores a 0,010.

Abstract: Apple pomace is rich in several nutrients, especially soluble and insoluble dietary fibers. Despite the countless possibilities of using apple bagasse, including applications with high added value, this residue is simply discarded in industrial landfills or otherwise made available for bovine consumption. In this context, this study aims to process apple pomace in order to transform it into a higher value-added input for agro-industrial activity. In addition, it seeks to analyze and describe the thin layer drying of the paste resulting from acid processing. Thus, the apple bagasse collected from the juice producing industry was processed to obtain a fine flour that underwent a process of steam explosion and acid reaction to extract the important compounds and obtain a suitable paste for further industrialization. Proximate analysis was used to characterize the flours, DSC, FTIR and MEV to assess the structure and water and oil retention capacity to assess the functionality of processed flours. After processing, the resulting paste went through a step of drying in a thin layer in a wind tunnel with analysis of the effects of the drying air temperature, which ranged between 60 °C and 70 °C, and the air velocity that fluctuated between 1.7 m s-1 and 2.5 m s-1. In order to master the effects of operational conditions, a study of computational modeling of drying was developed. The results showed that the flours obtained had a total dietary fiber content above 62%. The combined processes of autoclaving with steam explosion followed by acid treatment did not alter the structure of the flours, maintaining their structural characteristics and functionalities, but accelerating and considerably increasing the production of reducing sugar from apple pomace. The functional groups present in the structure of the flours, as well as the morphology and the heat flux absorbed by the samples had few variations, suggesting a subtle partial hydrolysis of the carbohydrates present in the apple pomace flour, thus preserving the main characteristics of the flour. Thin-layer drying curves of apple pomace paste were obtained experimentally, verifying that the temperature of 70 °C and air velocity in 2.5 m s-1 represent the shortest drying times, as well as the highest value of drying speed in the period of constant drying rate. In addition, a computational modeling effort was undertaken that was able to describe the dynamics of drying when considering the performance of the flow, mass transport and heat phenomena. To validate the model, the experimental drying curves were reproduced simulation with coefficients of determination above R2 = 0.997 and standard errors below 0.010.