Absorção de água por grãos de milho com diferentes níveis de danificação mecânica | Water absorption corn grain at different mechanical damage levels

O objetivo deste trabalho foi avaliar e modelar o processo de absorção de água em grãos de milho submetidos ao processo de embebição com diferentes níveis de danificação mecânica em diferentes temperaturas, além de determinar e modelar seu comportamento mecânico durante o processamento. Buscou-se ainda estudar o comportamento de algumas propriedades físicas em função do teor de água. Foram utilizados grãos de milho da variedade AG 1510, com teor de água inicial de 0,142 (decimal b.s.) obtidos de um produtor rural da cidade de Viçosa (MG). Induziram-se diferentes níveis de danificação mecânica nos grãos, correlacionando-os com a condutividade elétrica. No processo de embebição foi utilizada uma solução de 0,2 % de dióxido de enxofre (SO2) e 0,55 % de ácido lático (C3H6O3) em água destilada, referindo-se ao processamento convencional via úmida dos grãos de milho, nas temperaturas de (40, 50, 60 e 70) °C e com o produto com níveis de danificação mecânica analisados indiretamente pela condutividade elétrica de (2,847; 14,077; 22,261; 29,194 e 32,971) μS cm-1 g-1. Para a modelagem do processo de embebição utilizou-se o modelo de Peleg. O coeficiente de difusão efetivo para o processo de hidratação dos grãos de milho foi obtido pelo ajuste do modelo da difusão líquida baseado na segunda lei de Fick aos dados observados e sua relação com a temperatura foi descrita pela equação de Arrhenius. As massas específicas aparente e unitária, a porosidade, a circularidade, a esfericidade e a expansão volumétrica foram avaliadas para os grãos de milho sem danificação mecânica induzida (testemunha) em função do teor de água. Foram determinadas ainda as propriedades mecânicas: força para uma deformação específica de 0,001 m, módulo proporcional de deformidade, energia necessária para a deformação e o módulo de resiliência avaliando a curva deformação-força para diferentes teores de água e níveis de danificação física. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que: (a) As alterações estruturais causadas pela danificação mecânica induzida nos grãos de milho alteraram as taxas de absorção de água no produto; (b) O modelo de Peleg se ajustou adequadamente aos dados observados para todas as condições utilizadas; (c) Os valores do coeficiente de difusão efetivo aumentaram com o aumento da temperatura e do nível de danificação, apresentando valores entre (2,403 × 10-10 e 19,220 × 10-10) m2 s-1; (d) A energia de ativação referente à difusão de água nos grãos de milho variou entre (14,533 e 28,366) kJ mol-1, sendo os maiores valores obtidos quanto mais íntegro fisicamente o produto se apresentava; (e) A porosidade aumentou linearmente até atingir um patamar, e seu comportamento foi descrito por um modelo bi- segmentado. As massas específicas aparente e unitária variaram segundo uma relação quadrática, em que os valores diminuíram até atingir um valor mínimo, quando voltaram a aumentar. A circularidade e a esfericidade dos grãos de milho não variaram com o teor de água; (f) O modelo de Rahman foi o que melhor representou os dados da expansão volumétrica unitária. Nenhum dos modelos tradicionalmente usados para predizer a variação volumétrica de produtos agrícolas se ajustou satisfatoriamente aos dados observados da expansão volumétrica aparente dos grãos de milho, sendo proposto um novo modelo; (g) As propriedades mecânicas estudadas diminuíram significativamente com o aumento do teor de água. Os valores encontrados para a força, o módulo proporcional de deformidade, a energia e o módulo de resiliência variaram respectivamente entre (144,60 e 446,1) N; (532,76 e 165,9) MPa; (279,32 e 36,24) mJ e entre (1,4687 e 0,1923) mJ mm- 3, para uma faixa de teor de água entre (0,2585 e 0,5878) (decimal b.s.) e níveis de danificação mecânica obtidos indiretamente pela condutividade elétrica variando de (2,8466 a 32,971) μS cm-1 g-1; e (h) O modelo sigmoidal, descrito pela série de Taylor, descreveu satisfatoriamente os dados da relação deformação-força exibida pelos grãos de milho para teores de água inferiores a 0,57 (decimal b.s.).

The aim of this work was to evaluate and model the water absorption process of corn grain submitted to soaking process at different levels of mechanical damage at different temperatures, as well to determinate and model its mechanical behavior during the process. Behavior of some physical properties was investigated in function of moisture content. Corn grain of AG 1510 variety were utilized, with initial moisture content of 0.142 (decimal d.b.) obtained at a small producer from Viçosa (MG) city area. Different mechanical damage levels were induced at grains, correlating with electrical conductivity. At soaking process, solution of 0.2 % of sulfur dioxide (SO2 ) and 0.55 % of lactic acid (C3H6O3) in distilled water were used, referring to wet milling conventional process of corn grain, at temperatures of (40, 50, 60 and 70) ºC and mechanical damage levels analyzed indirectly through electrical conductivity of (2.847, 14.077, 22.261, 29.194 and 32.971) μS cm-1 g-1. Soaking process modeling was performed by Peleg s model. Effective diffusivity coefficient to hydration process of corn grain was obtained through observed data adjustment of liquid diffusivity model based on Fick s second law, and its relationship with temperature was described by Arrhenius equation. Bulk and real densities, porosity, circularity, sphericity and volumetric expansion were evaluated to corn grain without induced mechanical damage (witness) in function of moisture content. Mechanical properties were also determined: force to a specific deformation of 0.001 m, proportional deformity modulus, deformation energy and resilient modulus, evaluating the force-deformation curve, to different moisture content and physical damage levels. Was concluded, according to obtained results: (a) structural alterations caused by induced mechanical damage at corn grain altered product water absorption rates; (b) Peleg s model adequately adjusted to observed data to entire conditions utilized; (c) effective diffusivity coefficients values increased with temperature and damage level increase, presenting magnitudes between (2.403 × 10-10 and 19.220 × 10-10) m2 s-1; (d) activation energy referred to water diffusivity of corn grain varied from (14.533 to 28.366) kJ mol-1, being that higher values is correlated to higher product physical integrity; (e) porosity increased linearly until achieve a certain level, and its behavior was described by a bi-segmented model. Bulk and real densities varied by a quadratic relation, where by values decreased until attain a minimal value, increasing afterwards. Circularity and sphericity of corn grain didn t varied with moisture content; (f) Unit volumetric expansion was best represented by Rahman s model. None of the conventional models used to predict volumetric variation of agricultural products adjusted satisfactorily to apparent volumetric expansion observed data of corn grain, therefore a new model was proposed; (g) The mechanical properties evaluated decreased significantly only with regard to moisture content variation. Force, proportional deformity modulus, energy and resilient modulus values acquired varied respectively between (446.1 and 144.60) N; (532.76 and 165.9) MPa; (279.32 and 36,24) mJ, and (1.4687 and 0.1923) mJ mm-3, with the moisture content ranging from (0.2585 to 0.5878) (decimal d.b.) and mechanical damage level obtained indirectly through electrical conductivity between (2.8466 and 32.971) μS cm-1 g-1; (h) sigmoid model, expressed by Taylor series, satisfactorily described the force-deformation relationship data displayed by corn grain with a moisture content below 0.57 (decimal d.b.).

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