Secagem da microalga Spirulina em camada delgada utilizando secador com bomba de calor

Abstract

A Spirulina apresenta propriedades antioxidantes o que favorece seu uso como alimento funcional, fato que tem motivado a sua comercialização para a formulação de alimentos diversos e com finalidades terapêuticas. A secagem ganha importância durante produção de Spirulina, uma vez que a umidade necessária, para garantir que não ocorra degradação da biomassa desidratada durante o armazenamento, é alcançada através do conhecimento dos parâmetros que caracterizam a operação. Neste estudo foi utilizada a secagem com bomba de calor, um método alternativo, pois viabiliza a operação com temperaturas inferiores as tradicionalmente utilizadas, além de seu funcionamento ser independente das condições meteorológicas do ambiente. O trabalho experimental da secagem de Spirulina sp. foi iniciado com um estudo comparativo entre a secagem com bomba de calor (SBC) e a secagem tradicional (ST). O efeito dos diferentes métodos utilizados sob a amostra foi comparado em relação à cinética da operação e as características da microalga desidratada (cor, ficocianina, compostos fenólicos totais e atividade antioxidante total). As temperaturas do ar foram de 50 e 60ºC e a umidade absoluta da SBC foi dez vezes inferior a utilizada durante a ST. Os parâmetros que caracterizam a secagem foram influenciados pela temperatura do ar, bem como, pela baixa umidade absoluta na SBC. Os valores do tempo total da SBC foram 40% inferiores aos encontrados para a secagem ST, em ambas as temperaturas do ar. A maior preservação das características da Spirulina foi obtida na SBC e temperatura do ar de 50°C, e nesta condição os valores foram 14% (ficocianina), 60% (compostos fenólicos) e 10% (atividade antioxidante) superiores aos encontrados na mesma condição para a ST. Isto evidencia que o método de secagem é determinante na qualidade do produto desidratado. Posteriormente, foi realizado o estudo da cinética da SBC, bem como a otimização da operação de secagem e a reidratação das amostras desidratadas nas diferentes condições de secagem. O estudo foi realizado através de um planejamento fatorial 32, tendo como fatores de estudo a temperatura do ar (30, 40 e 50ºC) e a espessura da bandeja (1, 3 e 5 mm). As respostas utilizadas foram ficocianina, compostos fenólicos, atividade antioxidante total e cor da microalga desidratadas. Também foram realizadas a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e as curvas termogravimétricas (DSC) das amostras desidratadas. A secagem apresentou um curto período de taxa constante, delimitado pela umidade crítica, sendo que, seus valores foram influenciados apenas pela temperatura do ar de secagem. O modelo Logarítmico forneceu elevados valores de R2ajust e os menores valores de soma dos erros quadráticos (SSE) e de critério informativo de Akaike (AIC). Os valores das energias de ativação para as espessuras de 1, 3 e 5 mm, foram na faixa de 20-23 kJ mol-1. A condição de operação mais adequada, para a secagem de Spirulina sp. com bomba de calor, foi obtida na temperatura do ar de 50°C e espessura da bandeja de 5 mm, com valores de ficocianina, compostos fenólicos, atividade antioxidante total e diferença de cor de 19,60 mg g-1, 1508 µgEAG g-1, 52,6% e 5,71, respectivamente. Os termogramas (DSC) evidenciaram que em 50 ºC e espessura de 5 mm, o produto apresentou maior estabilidade térmica. As amostras de Spirulina sp. desidratadas apresentaram estrutura morfológica (MEV), aparentemente, rígida e heterogênea, e os seus percentuais de reidratação corresponderam a 85-91% da umidade da microalga in natura.

Spirulina shows antioxidant properties which favors its use as a functional food, a fact that has motivated its marketing by the formulation of various foods and therapeutic purposes. Drying process is of great importance during production of Spirulina, because the moisture content necessary to ensure that no degradation occurs during storage of dried biomass is achieved by knowledge of the parameters that characterize this operation. In this study was utilized the drying with a heat pump, an alternative method that enables the operation at lower temperatures that the traditionally used, besides this, the operation is independent of the environment conditions. The experimental study with the Spirulina sp. drying was beginning with a comparative trial between two drying methods: heat pump drying (HPD) and traditional drying (TD). The effect of different drying methods used in the sample was compared with the operation kinetics and the quality of dried microalgae (color, phycocyanin, total phenolics and total antioxidant activity). Air temperatures were 50 and 60 ºC, and absolute humidity of the HPD was ten times lower than that used during the TD. The parameters that characterized the drying process were influenced by air temperature, as well as, the low absolute humidity in the HPD. The values of the total time of HPD was 40% lower than those for ST, in both air temperature. The greatest preservation of the Spirulina characteristics were obtained with air temperature of 50 °C in the HPD and in this condition , the values were 14% (phycocyanin), 60 % (phenolic compounds) and 10% (antioxidant activity) higher than those found in the same condition in ST method. This shows that the drying method is determinant to define the quality of dried products. Subsequently, the kinetics study of HPD was performed, as well as, the optimization of the drying operation and the rehydration of the dried samples by using different drying conditions. The research was carried out by a 32 factorial design, being the air temperature (30, 40 and 50 ° C) and the tray thickness (1, 3 and 5 mm) the study factors. The responses were phycocyanin, phenolic compounds, total antioxidant activity and color of dried microalgae. The scanning electronic microscopy (SEM) and thermogravimetric curves (DSC) of dried samples were performed. Drying presented a short period of constant rate, bounded by the critical moisture, and their values were affected only by the drying air temperature. The logarithmic model provided higher values R2ajust and lower values of SSE and AIC . The values of the activation energies for thicknesses of 1, 3 and 5 mm were in range from 20 to 23 kJ mol-1. The most suitable operation condition for the Spirulina sp drying with heat pump has been obtained in 50° C of air temperature and 5 mm tray thickness, with values to phycocyanin, phenolics, total antioxidant activity and color difference of 19.60 mg g -1 , g 1508 μgEAG -1, 52.6% and 5.71 , respectively. By the thermogravimetric curves (DSC), in 50 ºC and samples thickness of 5 mm presented the product greater thermal stability. The samples of dried Spirulina sp. in heat pump dryer showed a morphologic structure (SEM) rigid and heterogeneous, and the values of rehydration percentagecorresponded to 85-91% of the moisture content of microalgae in nature.