Secagem de quitosana obtida a partir de resíduos de camarão: análise da cinética de secagem considerando encolhimento

Abstract

A quitosana é obtida através da desacetilação da quitina, que é encontrada nos exoesqueletos de crustáceos, fungos e materiais biológicos. Os resíduos do processamento do camarão, que na maioria das vezes não tem utilidade, possuem de 5 a 8% de quitina. O processo para obtenção de quitina e quitosana apresenta as seguintes etapas: desmineralização, desproteinização e desodorização, obtendo-se assim a quitina úmida. Após ser seca, passa por uma desacetilação para a conversão em quitosana úmida, que é então seca. A purificação da quitosana segue as etapas de dissolução, filtração, precipitação, neutralização, centrifugação e secagem para o armazenamento do produto final. Na secagem de alimentos, os resultados experimentais são usualmente tratados considerando que o processo é controlado pela difusão interna, em um sólido pseudo-homogêneo de dimensões constantes. Entretanto, muitos alimentos que apresentam altos teores de umidade iniciais sofrem variação de volume durante a secagem. Como o encolhimento ocorre simultaneamente com a difusão de umidade no sólido, este deve influenciar a taxa de remoção de umidade. Para analisar a secagem destes materiais, o encolhimento deve ser considerado na modelagem do processo. As propriedades físicas e de transporte também são importantes para a formulação e resolução de modelos físicomatemáticos da operação de secagem. O objetivo geral do presente trabalho foi analisar a cinética de secagem em camada delgada de quitosana e quitosana purificada obtida de rejeitos e resíduos gerados de processamento de camarão, através das curvas experimentais de secagem e sua modelagem, considerando o encolhimento durante a operação. Este estudo foi realizado através da seguinte metodologia: caracterização da secagem em camada delgada, utilizando as curvas características experimentais; determinação dos parâmetros físicos e de transporte durante a operação; modelagem físico-matemática da operação de secagem, considerando o encolhimento. Para estabelecer as melhores condições da secagem da quitosana purificada foi utilizada a metodologia da superfície de resposta, analisando como respostas a constante de secagem. O mecanismo de migração de umidade, para quitosana pôde ser explicado por difusão de água líquida devido à boa concordância da solução do modelo difusivo com os dados experimentais. A melhor condição de secagem em camada delgada de quitosana purificada foi na temperatura do ar de 60°C, utilizando velocidade do ar de 1,5m/ s e com espessura das amostras de 3mm. Os dados experimentais da quitosana purificada foram melhor explicados pela solução do modelo difusivo considerando o encolhimento, por ocorrer acentuada variação da espessura durante a operação de secagem deste material.

Chitosan is obtained through the deacetylation of chitin, which is found in the exoskeletons if crustaceous, fungi and biological materials. The residuals of the shrimp processing, which most of the times are useless, have 5 to 8 % of chitin. The process to obtain chitin and chitosan presents the following steps: demineralization, deproteination and deodorization, thus being obtained the wet chitin. After being dried, it goes through a deacetylation to be converted into chitosan, which is then dried. The chitosan purification follows the steps of dissolution, filtering, precipitation, neutralization, centrifuging and drying for the storage of the final product. In the food drying, the experimental results are usually treated considering that the process is controlled by the internal diffusion in a pseudo-homogeneous solid with constant dimensions. However, in many foodstuff that present high levels of initial moisture occur volume variation during the drying. As the shrinkage occurs simultaneously with the moisture diffusion in the solid, it must affect the moisture removal rate. In order to analyze the drying of these materials, the shrinkage must be considered in the modeling process. The physical and transport properties are also important for the formulation and resolution of physical-mathematical models of the drying operation. The general aim of this work was to analyze the drying kinetics in thin layer of chitosan and purified chitosan obtained from the wastes and residuals generated in the shrimp processing, through experimental drying curves and their modeling, considering the shrinkage during the operation. This study was carried out through the following methodology: characterization of drying in thin layer using the experimental characteristic curves; determination of physical and transport parameters during the operation; physical-mathematical modeling of the drying operation considering the shrinkage. In order to establish the best drying conditions of the purified chitosan, it was used the response surface methodology, analyzing as responses the drying constant. The moisture migration mechanism for the chitosan could be explained through liquid water diffusion due to the good agreement of the diffusive model solution with the experimental data. The best drying condition in thin layer of purified chitosan was at 60ºC of air temperature, the air speed was 1.5m/s and with sample thickness of 3mm.The experimental data of purified chitosan were best explained through the diffusive model solution considering the shrinkage, because a big thickness variation occurred during the drying operation of this material.