Conductive thin-film drying methods for producing açaí (Euterpe oleracea Mart.) powder

Abstract

Açaí (Euterpe oleracea Mart.) apresenta um alto valor nutricional, sendo uma importante fonte de antocianinas e ácidos graxos insaturados. No entanto, a fruta é altamente perecível. A secagem do suco de açaí é uma alternativa para aumentar sua vida útil, agregar valor, reduzir perdas pós-colheita, bem como, diversificar as opções de consumo e diminuir os custos de transporte e armazenamento. A liofilização e a secagem por atomização são os métodos mais empregados na literatura e na indústria de alimentos para produção de açaí em pó. Contudo, o elevado custo da liofilização e a baixa eficiência energética e a necessidade de uma prévia filtração do suco de açaí para a secagem por atomização tornam esses métodos de secagem desvantajosos. Assim, o objetivo deste trabalho foi aplicar tecnologias de secagem alternativas para produção de açaí em pó. O efeito dos processos de secagem condutivos de filmes finos, tais como, a secagem em tambor e cast-tape drying, na qualidade dos pós de açaí foi investigado. A qualidade do produto em pó foi baseada na retenção de antocianinas, preservação da atividade antioxidante, teor de lipídeos e oxidação lipídica. O trabalho foi dividido em 3 etapas. Na primeira etapa, avaliou-se o efeito da pressão da câmara de secagem (pressões a vácuo e atmosférica) nas propriedades físicas e químicas dos pós de açaí. Esse estudo foi realizado em escala laboratorial e piloto. Experimentos utilizando secagem com ar quente e liofilização foram realizados como casos de referência. Os resultados demonstraram que a secagem condutiva em baixas pressões contribuiu para a preservação da qualidade do açaí em pó, e que a seleção da pressão da câmara de secagem deve ser realizada de maneira cuidadosa a fim de obter um produto de alta qualidade. A segunda parte do trabalho consistiu em analisar o impacto da adição de hidrocolóides (pectina de alta metoxilação, goma arábica e maltodextrina 10DE), em uma concentração de 3% (3 g hidrocolóide 100 g-1 suco de açaí), nas propriedades físico-químicas dos pós obtidos por cast-tape drying. A qualidade desses produtos foi comparada com a do pó de açaí sem hidrocolóides obtido por liofilização. A adição de pectina ao suco de açaí reduziu a separação do óleo durante o processo de secagem e contribuiu para a remoção do produto seco na forma de um filme contínuo do suporte de secagem. Além disso, a adição desse hidrocolóide resultou em um pó de açaí com cor, teor de antocianinas e atividade antioxidante similares ao do pó de açaí liofilizado. Na última etapa do trabalho, a estabilidade dos pós de açaí produzidos por cast-tape drying, com e sem adição de pectina, foi avaliada durante o armazenamento em diferentes umidades relativas, por meio da construção de isotermas de sorção de umidade, teor de antocianinas e medidas dos parâmetros de cor. Os teores de umidade da monocamada, determinados a partir das isotermas de sorção, não foram suficientes para predizer a estabilidade das antocianinas nos pós de açaí. Além disso, a degradação de antocianinas não foi o fator principal responsável pela mudança de cor nos pós de açaí armazenados nas condições estudadas. Os resultados deste trabalho sugerem, assim, que a aplicação de pressões reduzidas ou adição de hidrocolóides ao suco de açaí nos processos de secagem condutivos são estratégias promissoras para produzir pós de açaí de alta qualidade em curtos tempos de secagem.

Abstract: Açaí (Euterpe oleracea Mart.) contains a high nutritional value, being an important source of anthocyanins with high antioxidant activity and unsaturated fatty acids. However, it is a highly perishable fruit. Drying açaí juice is an interesting alternative to increase its shelf-life, add value, reduce losses, diversify consumption options, and decrease transport and storage costs as well. Freeze-drying and spray drying are the most common drying methods applied in the literature and food industry to produce açaí powder. Nevertheless, the main disadvantages of these drying techniques for dehydration of açaí juice are the high cost of the freeze-drying process, the low energy efficiency, and the requirement of a previous filtration of açaí juice for spray drying. Therefore, this thesis aimed to apply alternative drying technologies to produce açaí powder. The effect of the conductive thin-film drying processes, namely drum drying and cast-tape drying, on the quality of açaí powders was investigated. The quality of the final product was based on anthocyanin retention, antioxidant activity preservation, lipid content, and lipid oxidation. The thesis was divided into three sections. The first one was to assess the effect of drying pressure (vacuum and atmospheric pressures) on the physicochemical properties of açaí powders. The study was performed at the laboratory and pilot scale. Hot air drying and freeze-drying were carried out as reference processes. The results showed that conductive drying at low pressures contributed to the quality preservation of açaí powder. In addition, the chamber pressure during conductive thin film drying should be carefully selected to obtain high-quality açaí powder. In the second section of the thesis, the impact of the addition of hydrocolloids (high methoxyl pectin, gum Arabic, and maltodextrin 10DE), at a concentration of 3% (w/w juice), on the physicochemical properties of açaí powders produced by cast-tape drying was investigated. The quality parameters were compared to those of freeze-dried açaí powders (without adding hydrocolloids). The addition of pectin to açaí juice hindered the oil separation during the drying process and helped remove the dried material like a continuous film from the drying support. Moreover, the incorporation of pectin resulted in a powdered product with color, anthocyanin content, and antioxidant activity similar to those of freeze-dried açaí powder. Finally, in the third section of the thesis, the stability of açaí powders, with and without the addition of pectin, produced by cast-tape drying was analyzed during storage at different relative humidities. Moisture sorption isotherms, total monomeric anthocyanin content, and instrumental color parameters were determined. The monolayer moisture contents estimated from moisture sorption isotherms were not enough to predict anthocyanin stability in the açaí powder. Furthermore, anthocyanin degradation was not the main factor responsible for color changes in the açaí powders stored under studied conditions. The results of this thesis suggest that the application of low pressures or the addition of hydrocolloids to açaí juice in the conductive drying processes are promising strategies for producing açaí powders in short drying times with excellent quality.