DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DE MILHO UTILIZANDO APARELHO DE MICROONDAS
http://dx.doi.org/10.1590/S0101-20611998000200017
DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DE MILHO UTILIZANDO APARELHO DE MICROONDAS1
Sílvia Regina de T. VALENTINI2,*, Maria F.P. Moretzsohn de CASTRO2, Fernanda H. de ALMEIDA2
O objetivo desse trabalho foi verificar a viabilidade do uso de aparelho de microondas para a determinação do teor de umidade de grãos de milho. Nesse estudo foram utilizadas amostras de milho com teor de umidade na faixa de 7,33 a 22,28%. Equações de regressão linear foram determinadas correlacionando-se os valores de percentagem de água retirada após secagem no microondas e o teor de umidade determinado pelo método de estufa a 105oC ± 3o C por 24 horas. O tempo de permanência do produto no aparelho de microondas foi fixado em 45 segundos. Nas condições em que o experimento foi realizado, o aparelho de microondas mostrou ser uma alternativa viável para a determinação de umidade de grãos de milho.
Palavras-chave: microondas, determinação de umidade, milho.
DETERMINATION OF MOISTURE CONTENT OF CORN BY USING A MICROWAVE OVEN. The possibility of using a micro-wave oven as a rapid method for moisture determination of corn grain was verified, as well as the effects of different potencies on the moisture content of the grains. In this study corn samples with moisture contents in the range of 7,33 to 22,28% were used. Linear regression lines were determined by the relation of the values of percentage of water taken out after drying in the microwave and the moisture contents determinated by the oven official method (105°± 3°C/24 hours). The drying time of the product was fixed at 45seconds.
In the conditions of this experiment, the microwave oven has shown to be a feasible alternative for a rapid determination of the corn moisture content.
Keywords: microwave oven, moisture content determination, corn.
A determinação do teor de umidade é um procedimento fundamental na armazenagem de grãos. Valores de umidade considerados seguros para um adequado armazenamento do produto são conhecidos e devem ser respeitados para que a qualidade dos grãos se mantenha durante a estocagem. Volumes grandes de grãos exigem amostragens numerosas e resultados rápidos são difíceis de serem obtidos em tempo hábil para tomada de decisões sobre a qualidade do produto e o processamento a que devem ser submetidos.
Os métodos para determinação da umidade de grãos são classificados em diretos e indiretos. Nos métodos diretos a água é retirada do produto, geralmente por processo de aquecimento, e o teor de umidade é calculado pela diferença de peso das amostras no início e ao final do processo. Esta diferença corresponde à quantidade de água retirada. Devido à sua maior confiabilidade os métodos diretos são empregados como padrão para a aferição de outros procedimentos. Enquadram-se nesta categoria os métodos de estufa, destilação, infra-vermelho e Karl Fisher [10].
Nos métodos indiretos, o teor de umidade é estimado em função das propriedades elétricas do produto em uma determinada condição. Os dois princípios empregados são o da resistência elétrica e o da capacitância. São métodos práticos e rápidos mas estão sujeitos a erros decorrentes da variação das propriedades físicas do produto, da temperatura ou da distribuição da umidade no interior do grão. A aferição de equipamentos de determinação indireta de umidade é feita em relação ao método padrão de estufa [11].
No Brasil, o método oficial para determinação de umidade é o de estufa a 105oC ±3o C durante 24 horas, estabelecido pelo Ministério da Agricultura [1].
Na indústria de grãos e em sistemas de armazenagem são adotados métodos rápidos para a determinação de umidade de grãos. Nesta situação, podem ser empregados equipamentos eletrônicos que, quando calibrados, apresentam resultados confiáveis, admitindo-se variação de 0,5% em relação ao método padrão para teores de umidade inferiores a 20%-25%. Já para teores de umidade mais elevados os resultados são pouco precisos [7; 9].
Diversos estudos têm sido realizados com o objetivo de estabelecer metodologia para determinação de umidade de grãos por energia gerada por microondas, que propicia a obtenção de resultados em menor tempo quando comparado ao método de estufa [4; 6; 8]. Entretanto, por se tratar de radiação de alta freqüência, no processo de secagem em aparelho de microondas é observada a rápida elevação da temperatura das amostras, sujeitas então à incineração. A ocorrência de incineração de amostras é indesejável, pois neste caso, outras substâncias, tais como amido, gorduras e proteínas, são removidas além da água, implicando em fonte de erro para o método. É recomendado determinar-se o tempo máximo de exposição da amostra à radiação sob diversas potências do aparelho para evitar-se a incineração do material [3].
A quantidade de energia absorvida pelo grão está diretamente relacionada ao seu teor de umidade. A elevação da temperatura de amostras submetidas à radiação, sob tempo de exposição fixo, será maior quanto mais umidade o produto contiver e, consequentemente, uma maior quantidade de água será removida. [3]. Os autores estabeleceram uma correlação entre o conteúdo de umidade de milho e elevação de temperatura do produto submetido a diferentes potências de radiação. A técnica empregada não foi eficiente para detectar diferenças de conteúdo de umidade no intervalo de 16 a 19% enquanto que, para valores inferiores foi possível correlacionar a elevação da temperatura ao teor de umidade das amostras. Os autores propõem que a eficiência do processo é função do teor de umidade do produto, do tipo de aparelho de microondas empregado, do método adotado e do tipo de produto.
O objetivo desse trabalho de pesquisa foi o de verificar a viabilidade do uso de aparelho de microondas para a determinação do teor de umidade de grãos de milho e avaliar o efeito das diferentes potências sobre a retirada de água do produto sob diversos teores de umidade.
A amostra de milho utilizada no experimento apresentava teor de umidade inicial de 22,28%, determinada pelo método padrão da estufa, utilizando-se três repetições de 15 g sob 105° ± 3o C por 24 horas [1]. A amostra inicial foi dividida em cinco subamostras. A primeira foi armazenada em câmara fria a 5oC, conservando o teor de umidade inicial. As demais subamostras foram submetidas a secagem ao sol por diferentes períodos de exposição de modo a se obter amostras com diferentes teores de umidade. Ao final de cada período de secagem as subamostras foram analisadas quanto ao teor de umidade pelo método padrão de estufa [1]. Os teores de umidade obtidos ao final da secagem foram: 17,39%; 14,41%; 12,48%; e 7,33%. Após a secagem as amostras foram acondicionadas em sacos plásticos e mantidas em câmara fria a 5°C até o início dos testes.
Características do aparelho de microondas
O aparelho de microondas utilizado nesse experimento apresentou as seguintes características:
Frequência: 60 Hz (rede)
Potência útil: 700 W (máxima)
Consumo: 1,4 kW
Velocidade do prato giratório: 3 rpm.
Dimensões: Externa: altura 375 mm, largura 570 mm e profundidade 435 mm.
Interna: altura 272 mm, largura 375mm, profundidade 378 mm.
Para a realização dos testes cada amostra correspondente a um teor de umidade foi subdividida em seis sub-amostras de aproximadamente 25 g. Para determinação de umidade no microondas foram utilizadas placas de Petri forradas com um disco de papel-filtro e a sub-amostra coberta com papel-filtro. As placas com os grãos foram pesadas e colocadas no microondas por 45 segundos. Esse tempo foi determinado experimentalmente e limitado a esse intervalo porque em testes preliminares verificou-se que em períodos superiores a 45 segundos ocorria a destruição dos grãos. Para a determinação da umidade foram utilizadas as seguintes potências: 420 W, 490 W, 560 W e 630 W. Para cada potência e teor de umidade foram realizadas seis repetições.
Após o tempo de exposição no microondas as placas foram colocadas em dessecadores, à temperatura ambiente, e depois de resfriadas foram submetidas a pesagem.
Cálculo da porcentagem de água retirada
O cálculo de porcentagem de água retirada pelo microondas foi obtido pela equação:
Os valores médios de água retirada pelo microondas para cada teor de umidade e potência foram correlacionados com os valores obtidos pelo método da estufa. Para tanto foi realizada análise de regressão utilizando o programa Excel 7.0.
O aparelho de microondas não permitiu a retirada de água dos grãos na mesma proporção obtida pelo método de estufa devido às diferenças entre a natureza dos dois processos. A exposição do produto pôde ser realizada por pequenos intervalos. Portanto, foram correlacionados os valores de porcentagem de água retirada pelo microondas, por um período pré-fixado, com os valores obtidos pelo método padrão de estufa.
Os valores médios de porcentagem de água retirada pelo microondas de acordo com a potência empregada são apresentados na Tabela 1. Pode-se observar que a porcentagem de água retirada variou conforme a potência utilizada e com o teor de umidade das amostras, ou seja, quanto maior o teor de umidade e potência empregada, maior foi a porcentagem de água retirada pelo microondas. Isso ocorre porque grãos mais úmidos apresentam maior quantidade de água livre que é mais facilmente removida do produto. Além disso, a quantidade de energia absorvida por um material está diretamente relacionada à quantidade de água, promovendo a elevação da temperatura e a consequente evaporação da água [2].
Também observou-se que as potências mais altas propiciaram a retirada de maior quantidade de água em cada um dos teores de umidade da faixa estudada.
Na Tabela 2 são apresentadas as equações de regressão linear e os coeficientes de determinação obtidos ao se correlacionar os teores de umidade pelo método padrão de estufa e as porcentagens de água retirada pelo microondas sob as diferentes potências.
Para todas as potências foram obtidas equações lineares cujo coeficiente de determinação variou entre 0,98 e 0,99. Pode-se observar pelas retas obtidas, Figuras 1 a 4, que em todas as potências empregadas o método de microondas foi eficiente para a remoção de água, apresentando um padrão crescente e proporcional à quantidade de água presente no produto. Os resultados indicam que as diferentes potências de radiação e o tempo de exposição foram suficientes para distinguir os diferentes teores de umidade das amostras, promovendo uma distribuição uniforme do calor e propiciando a secagem parcial de todas as amostras. O fator tempo é essencial para a aplicação do método de microondas. Primeiramente, para evitar-se a destruição das amostras pela exposição prolongada à radiação [3] e ao mesmo tempo para promover a elevação da temperatura do produto e a vaporização da água, ou seja propiciar a transformação do calor sensível em calor de vaporização [2].
FIGURA 1. Umidade deterinada na potência 6 (420 watts).
FIGURA 2. Umidade determinada na potência 7 (490 watts).
FIGURA 3. Umidade deteminada na potência 8 (560 watts).
FIGURA 4. Umidade determindada na potência 9 (630 watts).
CASADA et al. [3] observaram secagem parcial de amostras de milho submetidas à radiação por microondas sob potência de 625W por 50 segundos, adotando-se como parâmetro a elevação da temperatura de milho. A elevação da temperatura não foi eficiente para detectar diferenças de umidade em amostras com teores superiores a 16%, já que a quantidade de calor sensível é pequena ao final do processo de secagem, tendo sido convertida em calor de vaporização.
Para todas as potências foram encontrados coeficientes de determinação linear com valores superiores a 0,98, ou seja, as equações lineares determinadas podem explicar mais de 98% dos dados, indicando também elevada medida de dependência entre as variáveis, teor de umidade pelo método de estufa e porcentagem de água retirada pelo microondas [5]. A equação obtida na potência de 630 watts foi aquela que apresentou o maior coeficiente de determinação (R2 = 0,9983) sendo a equação linear expressa por Y=0,1576.X -0,6172. Essa reta explica 99,83% da variação que está ocorrendo em Y, que corresponde à percentagem de água retirada pelo microondas. Os demais 0,17% não podem ser explicados pelo modelo determinado.
Nas condições em que o experimento foi realizado, o aparelho de microondas mostrou ser uma alternativa viável para a determinação rápida de umidade de grãos de milho.
Recomenda-se a realização de experimentos com milho empregando-se outros modelos de aparelhos de microondas e utilizando-se a mesma metodologia para comparação de resultados e posterior definição de método padrão.
Nas Figuras 1 a 4 são apresentados os resultados da análise de regressão, onde foram relacionados os resultados obtidos pelo método de estufa e pelo microondas.
Nas condições em que o experimento foi realizado podemos concluir que:
- Pelo processo de radiação por microondas não foi possível retirar a mesma quantidade de água que o método padrão da estufa, tendo sido necessário estabelecer uma correlação entre os dois métodos.
- Em todas as potências foi possível estabelecer uma correlação linear entre os resultados obtidos pelo método da estufa e pelo microondas.
- A quantidade de água retirada dos grãos de milho sob radiação de microondas é função do conteúdo de umidade inicial da amostra e da potência empregada.
- A um maior teor de umidade inicial da amostra correspondeu uma maior quantidade de água retirada pela radiação por microondas em todas as potências empregadas.
- A técnica de radiação por microondas, em todas as potências empregadas, distinguiu os diferentes conteúdos de umidade, tendo sido eficiente para a remoção de água na faixa de umidade estudada.
- aparelho de microondas pode ser uma alternativa viável na determinação rápida de umidade de grãos de milho.
[1] BRASIL. Regras para Análise de Sementes. Ministério da Agricultura e da Reforma Agrária, 1992, 365 p.
[2] BROOKER, D.B.; BAKKER-ARKEMA, F.W. e HALL, C.W. Drying Cereal Grains. Connecticut. The Avi Publishing Company. 1974, 265 p.
[3] CASADA, M.E.; WALTON, L.R.; SWETNAM, L.D. e CASADA, J.H.. Moisture content as a function of temperature rise under microwave radiation. Transactions of the ASAE. ASAE, St. Joseph, MI, 907-911, 1983.
[4] CLICK, L.R. and BAKER, C.J.. Moisture determinations of agricultural products using a microwave oven. ASAE Paper no 80-3050, ASAE, St. Joseph, MI, 1980.
[5] GOMES, P.F. Curso de Estatística Experimental. São Paulo. Nobel, 1982. 429p.
[6] GORAKHURWALLA, H.D.; Mc GINTY, R.J. e WATSON, C. A.. Determining moisture content of grain using microwave energy for drying. J. Agric. Eng. Res., 20, 319-325, 1975.
[7] HURBURGH, C.R.; BERN, C.J.; SITZMANN, C.D. Performance of electronic moisture meters in corn. ASAE Paper no 80-3057, ASAE, St. Joseph, MI, 1980.
[8] KRASZEWSKI, A.W.; NELSON, S.O. e YOU, T.S.. Moisture content determination in single corn kernels by microwave resonator techniques. J. Agric. Eng. Res., 48, 77-87, 1991.
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[10] PUZZI, D. Abastecimento e armazenagem de grãos. Campinas, Instituto Campineiro de Ensino Agrícola, 1986. 603 p.
[11] SILVA, J.S. & CARVALHO, G.R. Amostragem e determinação de umidade de grãos. Viçosa, Centreinar, 1980. 26 p.