Modelagem e predição de atividade de agua em fluidos alimenticios

Abstract

Resumo: O presente trabalho foi desenvolvido em várias etapas com a finalidade de conseguir a predição da atividade de água em sucos de frutas, empregando métodos de contribuição de grupos para o cálculo do coeficiente de atividade. Na primeira etapa trabalhou-se com misturas binárias de açúcares (glicose, fruto se, sacarose e maltose) e água a 3 temperaturas (25, 30 e 35°C), determinando experimentalmente a atividade de água e modelando a mesma pelos métodos UNIF AC e ASOG. Os parâmetros de interação entre novos grupos propostos (anel glicose, anel frutose e OH cíclico) para UNIFAC foram ajustados, e no caso do ASOG foram reajustados, fixando aqueles parâmetros encontrados na literatura para UNIF AC tradicional e ASOG. Na segunda etapa trabalhou-se com misturas binárias de ácidos orgânicos (ácido cítrico, ácido málico e ácido tartárico) e água, também a 3 temperaturas (25, 30 e 35°C), determinando experimentalmente a atividade de água e aplicando à modelagem o fenômeno de dissociação apresentado para ácidos fracos. Parâmetros de interação encontrados na literatura foram usados, sendo reajustados os parâmetros entre grupos fortemente polares (COOH, OH, H2O), obtendo-se assim boas predições no caso de UNIFAC e somente razoáveis no caso do ASOG. Na terceira etapa soluções mais complexas, misturas ternárias (açúcar-ácido orgânico-água), foram empregadas para a modelagem utilizando a equação UNIF AC. Um ajuste de parâmetros de interação entre grupos pertencentes aos ácidos (COOH) e aos açúcares (anel glicose, anel frutose e OH cíclico) foi necessário para esta modelagem. A predição da atividade de água em misturas de maior complexidade, como são modelos de sucos contendo glicose, frutose, sacarose, ácido cítrico e ácido málico, foi testada encontrando-se desvios médios relativos, entre os dados calculados e os experimentais, menores de 0,36%. Na última etapa do trabalho, foi realizada a predição da atividade de água em sucos de frutas: laranja, tangerina, limão e grapefruit, fornecidos pela firma CUTRALE. A composição dos sucos em termos dos conteúdos dos principais açúcares e ácidos orgânicos foi determinada por análise de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). As predições de atividade de água deram resultados muito próximos aos valores experimentais para os sucos de tangerina e grapefruit, que apresentaram menor quantidade de outros sólidos solúveis, diferentes dos açúcares e ácidos orgânicos, com desvios médios relativos de 0,53% para suco de tangerina e 0,26% para suco de grapefruit na faixa de 0 a 60% de sólidos solúveis. No caso dos sucos de laranja e limão as predições apresentaram desvios médios relativos de 1,08% e 1,48% respectivamente, sendo que as diferenças entre os valores preditos e os experimentais aumentaram quando a concentração de sólidos foi maior.Abstract: Group-contribution methods were used for predicting water activity in juice of fruits, considering sugars and organic acids as their major constituents. Interaction parameters for new groups proposed for UNIF AC (glucose-ring, fructose-ring and cyclic OH) were fitted using the experimental water activity data for sugar solutions (glucose, frutose, sucrose and maltose) at 25, 30 and 35°C. Some interaction parameters for ASOG method were fitted considering their temperature dependence. For the UNIFAC and ASOG models the dissociation phenomena was considered in the modeling of the activity coefficients and water activity for the organic acid solutions at 25, 30 and 35°C. Interaction parameters for strong polar groups (COOH, OH and H2O) were fitted and other parameters were obtained from literature. UNIF AC method was sucess in predicting the water activity for organic acid solutions, while the ASOG method gave poor predictions. Complex mixtures containing water, sugars and organic acids were used to adjust interaction parameters between especific groups related to sugar and acids molecules, such as COOR and glucose ring, frutose ring and cyclic OH. The UNIF AC model with interaction parameters, obtained in this work as well as the literature ones, gave good predictions for the water activty model systems of citrus juice and fruit juice (orange, tangerine, lemon and grapefruit). Relative deviation were less than 0,35% for the model systems and 0,26-1,48% for the fruit juices