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Título: Secagem do lúpulo (Humulus Lupulus L.): modelagem, cinética e estudo da qualidade do óleo essencial
Título(s) alternativo(s): Drying of hops (Humulus Lupulus L.): modeling, kinetics and essential oil quality study
Autor(es): Ayala, Mariana Bianchi Fazolo
Orientador(es): Lobo, Viviane da Silva
Palavras-chave: Essências e óleos essenciais
Modelos matemáticos
Secagem
Cerveja - Indústria
Essences and essential oils
Mathematical models
Drying
Beer industry
Data do documento: 27-Mar-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: AYALA, Mariana Bianchi Fazolo. Secagem do lúpulo (Humulus Lupulus L.): modelagem, cinética e estudo da qualidade do óleo essencial. 2024. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2024.
Resumo: O lúpulo tem grande importância no processo de produção de cerveja, pois seu óleo essencial confere aroma e sabor. O Brasil é o terceiro maior produtor de cerveja no mundo, porém importa quase 100 % do lúpulo utilizado. Após a colheita, o lúpulo possui cerca de 75-80 % de umidade na planta, entretanto, para ser utilizado na fabricação da cerveja, o lúpulo deve conter baixos teores de umidade entre 8-10 %, tornando necessária uma etapa inicial de secagem. Com o crescente aumento da demanda interna brasileira pelo cultivo de lúpulo e com a importância da secagem do lúpulo para a fabricação da cerveja, torna-se necessária uma melhor avaliação da secagem dos cones do lúpulo. Dessa forma, objetivou-se realizar o processo de secagem dos cones do lúpulo (Humulus lupulus L.), obtendo sua curva de secagem com ajustes nos modelos matemáticos, além de avaliar o rendimento da extração do óleo essencial e os componentes voláteis. Para o processo de secagem foram utilizados 10 g da planta in natura, da variedade Comet. A secagem foi realizada em estufa de ventilação forçada, nas temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60ºC. Foram avaliados nove modelos matemáticos ajustados por regressão não-linear aos dados experimentais A umidade inicial do lúpulo in natura foi de 79,07 % ± 0,72 % e os tempos totais de secagem até atingir-se o equilíbrio foram de 10,5 h, 9 h e 7 h para as temperaturas de 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, respectivamente. Foram obtidas as curvas de secagem e taxas de secagem do lúpulo, evidenciando que a difusão interna de água é o fenômeno predominante no processo de secagem e retirada de água do lúpulo. Os modelos matemáticos, que melhor se ajustaram aos dados com parâmetros analíticos satisfatórios, para as temperaturas 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, foram os modelos de Midilli, Midilli modificado, Page e Henderson e Pabis. Os modelos de Midilli e Midilli Modificado foram os mais adequados para descrever o processo de secagem do lúpulo para todas as temperaturas estudadas. Para a análise do rendimento do óleo, foram utilizados 420 g e 440 g de lúpulo in natura, realizada a secagem em duplicata nas temperaturas de 40 ºC e 60 ºC, até as umidades de 8 % e 12 %. Foi realizado o planejamento experimental fatorial 22, sem ponto central, usando como fatores temperatura e umidade, tendo como resposta o teor de óleo essencial. As melhores condições de temperatura e umidade obtidas para o maior teor de óleo essencial extraído foram as de 40 ºC a 12 % de umidade e 60 ºC a 8 % de umidade. Para a análise dos componentes voláteis do óleo essencial dessas extrações, foi utilizada a técnica de CG/FID. Os resultados obtidos na análise de cromatografia indicam que não há variação significativa na composição dos óleos obtidos nas diferentes condições de extração, apresentando os dados com sinais em tempos de retenção semelhantes com a porcentagem de cada componente próximo.
Abstract: Hops are of great importance in the beer production process, as their essential oil provides aroma and flavor. Brazil is the third largest beer producer in the world, but it imports almost 100% of the hops used. After harvesting, hops have around 75-80 % moisture in the plant, however, to be used in the manufacture of beer, hops must contain low moisture levels between 8-10 %, making an initial drying stage necessary. With the growing increase in Brazilian domestic demand for hop cultivation and the importance of drying hops for beer manufacturing, a better assessment of the drying of hop cones is necessary. Thus, the objective was to carry out the drying process of hop cones (Humulus lupulus L.), obtaining their drying curve with adjustments to the mathematical models, in addition to evaluating the extraction yield of the essential oil and volatile components. For the drying process, 10 g of the fresh plant, of the Comet variety, were used. Drying was carried out in a forced ventilation oven, at temperatures of 40 ºC, 50 ºC and 60 ºC. Nine mathematical models adjusted by non-linear regression to experimental data were evaluated. The initial humidity of the fresh hops was 79.07 % ± 0.72 % and the total drying times until reaching equilibrium were 10.5 h, 9 h and 7 h for temperatures of 40 ºC, 50 ºC and 60 ºC, respectively. Hop drying curves and drying rates were obtained, showing that internal water diffusion is the predominant phenomenon in the process of drying and removing water from hops. The mathematical models, which best fit the data with satisfactory analytical parameters, for temperatures 40 ºC, 50 ºC and 60 ºC, were the Midilli, modified Midilli, Page and Henderson and Pabis models. The Midilli and Modified Midilli models were the most appropriate to describe the hop drying process for all temperatures studied. To analyze the oil yield, 420 g and 440 g of fresh hops were used, drying in duplicate at temperatures of 40 ºC and 60 ºC, until humidity levels of 8 % and 12 %. A 22 factorial experimental design was carried out, without a central point, using temperature and humidity as factors, with the essential oil content as a response. The best temperature and humidity conditions obtained for the highest content of extracted essential oil were 40 ºC at 12 % humidity and 60 ºC at 8 % humidity. To analyze the volatile components of the essential oil from these extractions, the GC/FID technique was used. The results obtained in the chromatography analysis indicate that there is no significant variation in the composition of the oils obtained under different extraction conditions, presenting the data with signals at similar retention times with the percentage of each component nearby.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36194
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