Prof. Dr. José de Assis Fonseca Faria
Unicamp - Faculdade de Engenharia de Alimentos
1 – O Problema
Mediante solicitação de empresas
do setor de frutas, decidiu-se sobre a necessidade de uma pesquisa para avaliar
a variação volumétrica de sucos acondicionados em garrafas de polietileno
tereftalato (PET), pois tal fato tem causado problemas quanto ao atendimento da
especificação correta do volume expressa no rótulo das garrafas que,
consequentemente, são multadas pelo Imetro.
Visando a solução do problema,
essa pesquisa teve como objetivo verificar a alteração do volume inicial de
sucos de caju e de uva envasados em garrafas de PET monocamada (pré-forma 18,6
gramas), durante estocagem em temperaturas constantes de 25, 35 e 45°C.
Pretendeu-se, ao expor os sucos a essas temperaturas, simular condições de
comercialização normalmente encontradas no território nacional e, com base nos
resultados experimentais, estimar a vida de prateleira dos sucos para outras
situações de comercialização.
Tal procedimento baseou-se na
hipótese de que a diminuição do volume inicial do suco se deve basicamente à
transferência de massa (vapor de água) do interior da garrafa para o ambiente
externo, em função do gradiente de vapor de água causado pela umidade relativa
das diferentes regiões de comercialização dos sucos.
Avaliou-se, também, a taxa de
permeabilidade ao vapor de água (TPVA) de garrafas com pré-formas de 28, 22 e
18,6 gramas, para verificar o efeito da redução da espessura sobre a perda de
barreira dessas garrafas.
2– Amostras Testadas
As amostras de sucos de uva e de
caju foram recebidas em caixas de papelão ondulado contendo os sucos envasados
em garrafas PET de 500ml da marca X, em 06/07/09, com a seguinte codificação:
Suco de uva L 90513011 B-115606,
validade 08/04/2010.
Suco de caju com alto teor de
polpa L 90511011 E-115436, validade 06/01/2010.
3 - Metodologia
A alteração de volume dos sucos
ao longo da estocagem simulada foi feita gravimetricamente, ou seja, através de
determinações semanais do peso das garrafas contendo os respectivos sucos,
calculando-se o volume com base na densidade da água a 25°C.
Em cada estufa isotérmica (25, 35
e 45°C) foram colocadas 10 garrafas de cada suco para as pesagens semanais,
durante 50 dias de testes.
Nota: as estufas não possuíam
controle da umidade relativa, portanto os valores variaram em função das
condições climáticas locais (Campinas-SP), situando-se entre 30 e 50%.
Vale esclarecer que não existe
uma metodologia específica para esse teste, entretanto, baseou-se nas
recomendações ABNT-NBR 15395 (2006) e ASTM-F 1115-95 (2001), ambas para testes
e métodos de ensaios em garrafa soprada de PET.
A determinação da taxa de
permeabilidade ao vapor de água (TPVA) das garrafas com diferentes pesos de
pré-formas (28, 22 e 18,6 gramas) foi baseada na norma ASTM Method E 96
(2009). Foi colocada água destilada no
interior das garrafas recebidas para o teste e fechadas com as mesmas tampas
utilizadas para os sucos. Em seguida essas garrafas foram acondicionadas em
dessecadores contendo sílica gel e estocadas a 25, 35 e 45°C, para o
monitoramemnto da perda de peso.
4 - Resultados e Discussão
4.1 – Perda de peso
Os dados coletados semanalmente ao
longo da estocagem dos sucos de caju e uva encontram-se no Anexo.
Com base nos valores médios das
diferenças de peso das garrafas em relação ao peso inicial, construíram-se os
respectivos gráficos de perda de peso, em função do tempo de estocagem,
conforme ilustrados nas Figuras 1 e 2.
Observa-se que a perda de peso
para ambos os sucos ocorreu seguindo função linear, com excelente correlação (R2=0,99),
com o tempo de estocagem.
As taxas de perdas, ou seja, as
inclinações das retas para o suco de caju nas respectivas temperaturas foram:
0,028 g/dia a 25°C, 0,085 g/dia a 35°C e 0,155 g/dia a 45°C, indicando também o
efeito da temperatura.
O mesmo foi observado para o suco
de uva, a saber: 0,028 g/dia, 0,084 g/dia, 0,153 g/dia, não se evidenciando
diferenças significativas entre os dois tipos de suco.
Esse comportamento semelhante se
deve ao fato de os dois tipos de suco apresentarem quase a mesma atividade de
água e estarem expostos às mesmas condições de umidade relativa de estocagem.
Com base nas taxas de perda de
peso nas três condições experimentais, pode-se calcular o efeito da temperatura
por meio da relação entre as taxas, ou seja, pelo valor Q10, a
saber:
Q10 = 0,085/0,028 =
3,0 e Q10 = 0,155/0,085 = 1,8.
Esses valores indicam que a perda
de peso em relação a 25°C, será 3 vezes maior para o suco comercializado em um
ambiente de 35°C e cerca de 6 vezes
maior em um ambiente de 45°C, evidenciando-se dessa forma o efeito exponencial
da temperatura sobre a redução do volume do suco envasado nessas garrafas
de PET.
Utilizando-se as equações
expressas nas Figuras 1 e 2, pode-se estimar o valor da perda de peso de cada
suco nas respectivas temperaturas, ou seja, estimar o número de dias necessário
para causar certa redução crítica do volume do suco, ou pela interpolação lida
diretamente no gráfico.
Como exemplo de cálculo
utilizando a equação, pergunta-se: quanto tempo gastará para o suco de caju
perder 1% (5ml) de seu volume inicial, se for comercializado em um clima cuja
temperatura média é 35°C?
Utilizando-se a equação y = 0,0853x
- 0,5961, onde y = perda de peso ou
líquido expresso em gramas e x = o tempo expresso em dias, tem-se:
x = (5 +0,5961)/0,0853 = 66 dias.
O mesmo calculo poderá ser feito
para outras possíveis situações de comercialização, utilizando-se as respectivas
equações geradas neste experimento. Vale ressaltar que essas equações são
especificas para as condições testadas, mas podem ser extrapoladas para outras
situações semelhantes de temperatura e umidade relativa. Com base na teoria de
transferência de massa, quanto menor for a umidade relativa do ambiente maior
será a perda de peso, portanto, se o suco for comercializado numa região quente
e seca, mais crítico será o problema.
Figura 1 – Perda de peso das garrafas de PET contendo suco
de caju durante estocagem simulada.
Figura 2 – Perda de peso das garrafas de PET contendo suco
de uva durante estocagem simulada.
44.2 – Permeabilidade das
garrafas
As Figuras 3, 4 e 5 mostram as
perdas de pesos das garrafas provenientes das pré-formas de 18,6g, 22g e 28g
nas temperaturas 25, 35 e 45°C, respectivamente.
As inclinações das retas indicam
os valores das taxas de permeabilidades para cada pré-forma e temperatura. Por
exemplo, para a garrafa de 18,6 gramas, a mesma utilizada no envase dos sucos,
a TPVA = 0,0549 g água/dia, determinada a 25°C com gradiente de pressão de
vapor de 100%UR.
Semelhante ao que ocorreu nos
sucos, a perda de peso foi linear e exponencial com relação à temperatura de
teste. Também, como já se esperava, quanto mais pesada for a garrafa menor será
a permeabilidade, conforme mostra a Figura 6.
Através do TPVA das garrafas, pode-se estimar a perda de
peso dos sucos considerando a umidade relativa do local de comercialização,
utilizando-se uma equação genérica, a saber:
PP
= TPVA . (100-URc)/100 . t
onde:
PP = peso de peso (g);
TPVA = taxa de permeabilidade ao
vapor de água da garrafa (g/dia);
URc = umidade relativa do local de
comercialização (%);
t = tempo, ou vida de prateleira, para ocorrer a perda de peso (dia).
Por exemplo, quanto tempo gastará para o suco
perder 5ml, se for comercializado em um local cuja umidade relativa é 30% ?
Resolvendo pela equação acima, tem-se: 5 =
0,0549 . (100-30)/100 . t = 130 dias.
Figura 3 - Perda de
peso das garrafas durante o teste de TPVA a 25°C.
Figura 4 - Perda de
peso das garrafas durante o teste de TPVA a 35°C.
Figura 5 - Perda de
peso das garrafas durante o teste de TPVA a 45°C.
Figura 6 – Correlação entre a permeabilidade e o peso das
garrafas a 25°C.
5 – Conclusões
A perda de peso, ou seja, a redução do volume dos sucos é
muito afetada pela temperatura e umidade relativa do ambiente de
comercialização, pois a garrafa de PET de 18,6 gramas é bastante permeável.
A taxa de perda de peso é semelhante para os sucos de caju e
de uva, portanto, as estimativas podem ser extrapoladas para outros sucos ou
outros produtos líquidos envasados nessas garrafas.
Pode ser estimado o tempo de perda de peso ou a vida de
prateleira dos sucos, com base nas equações geradas neste experimento, ou
utilizando-se o TPVA e a UR do local de comercialização.
Notou-se
que a barreira da garrafa diminui na mesma razão que se reduziu sua espessura,
portanto, devem-se evitar garrafas de baixo peso no envase de sucos a serem
comercializados em ambientes secos e quentes.
