Secagem convectiva da microalga spirulina platensis: avaliação das propriedades físicas e bioquímicas

Abstract

O objetivo no presente estudo foi investigar a operação de secagem da microalga Spirulina platensis em camada delgada através da modelagem matemática e otimização da operação, avaliando as características do produto final através de análises físico-químicas. Foram analisados os dados da umidade de equilíbrio para a isoterma de adsorção a 10, 20 e 30°C e de dessorção a 40, 50 e 60°C, através dos modelos de GAB e BET. O calor isostérico foi determinado pela aplicação da equação de Clausius-Clapeyron. O modelo de GAB apresentou melhor ajuste aos dados experimentais. Os valores da área superficial calculados pelos modelos de GAB e BET foram próximos. O calor isostérico e a entropia diferencial da isoterma de dessorção apresentaram comportamento similar. A teoria da compensação entalpia-entropia foi aplicada nas isotermas, indicando que são controladas pela entalpia. A cinética de secagem foi analisada na faixa de temperatura de 50-70°C, através dos modelos de Lewis, Henderson e Pabis, Henderson, Page e Overhults. O modelo de Henderson e Pabis foi escolhido por apresentar maior significado físico para estimar o valor de difusividade efetiva (Def), sendo os valores encontrados na faixa de 5,54 - 6,60×10-11 m 2 /s, para as temperaturas de 50 e 60°C, respectivamente, e de 1,58×10-10 m2 /s para a temperatura de 70°C. A energia de ativação apresentou um valor de 47,9 kJ/mol. A secagem alterou a cor quando comparada ao material in natura. A secagem foi otimizada na faixa de espessuras e temperaturas do ar de secagem de 3-7 mm e de 50-70ºC, respectivamente, através da metodologia de superfície de resposta para ácido tiobarbitúrico (TBA) e perda de ficocianina no produto final. A melhor condição de secagem foi a 55°C e a 3,7 mm, apresentando uma perda de ficocianina de aproximadamente 37% e valor de TBA de 1,5 mgMDA/kgamostra. Nesta condição de secagem, a composição de ácidos graxos da microalga Spirulina não apresentou diferença significativa (P > 0,05) em relação a microalga in natura.

The aim of this study was to investigate the operation of drying of the microalga Spirulina platensis in thin layer through the mathematical modelling and optimization of the operation, evaluating the characteristics of the final product through physiochemical analyses. Moisture equilibrium data for adsorption isotherms of microalgae Spirulina were investigated at 10, 20 and 30°C and for desorption, at 40, 50 and 60°C, using the gravimetric static method. The experimental data were analyzed by GAB and BET models. The isosteric heats were determined by application of Clausius-Clapeyron equation. The GAB equation presented the best fit to isotherm data. The water surface area values calculated by GAB and BET models were very similar. The isosteric heat and the entropy of desorption isotherm presented similar behavior. The enthalpyentropy compensation theory was applied to the isotherms, indicating that they are enthalpy-controlled. Drying kinetics was analyzed at 50, 60 and 70°C by the Lewis, Henderson-Pabis, Henderson, Page and Overhults models. The Henderson-Pabis model was chosen due to the physical importance in the interpretation of Deff estimates, with encountered values ranging from 5.54-6.60×10-11 m²/s, respectively at 50 and 60°C and 1.58×10-10 m²/s for 70°C. The activation energy value was 47.9 kJ/mol. It was difference between the L*, a*, b* and the hue angle values to the dried products and fresh biomass. The optimization of Spirulina platensis drying on convective hot air in thin layer, for air temperature and samples thickness of 50-70°C and 3-7 mm, respectively, through the response surface methodology for the thiobarbituric acid (TBA) and phycocyanin loss percentage values in final product. The best drying condition, 55°C and 3.7 mm, presented the phycocyanin loss percentage and the TBA values of approximately 37% and 1.5 mgMDA/kgsample, respectively. In this drying condition, the fatty acids composition of the microalgae Spirulina did not showed significance difference (P > 0.05) in relation to biomass in nature.