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Hanei Verner Bredow EMPREGO DO MÉTODO DE EDABO (EVAPORAÇÃO DIRETA DE ÁGUA EM BANHO DE ÓLEO) PARA DETERMINAÇÃO DE UMIDADE EM MILHO, ARROZ E FEIJÃO Trabalho de Curso em Engenharia Agrícola II apresentado ao Curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC. Orientadora: Profª Débora Chapon Galli Santa Cruz do Sul 2015 2 Hanei Verner Bredow EMPREGO DO MÉTODO DE EDABO (EVAPORAÇÃO DIRETA DE ÁGUA EM BANHO DE ÓLEO) PARA DETERMINAÇÃO DE UMIDADE EM MILHO, ARROZ E FEIJÃO Trabalho de Curso em Engenharia Agrícola II apresentado ao Curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC. MSc. Débora Chapon Galli Professora Orientadora – UNISC MSc. Fernando Machado Pfeifer Professor examinador – UNISC MSc. Maurício Henrique Lenz Professor examinador - UNISC Santa Cruz do Sul 2015 3 AGRADECIMENTOS A Deus por ter me dado sabedoria para desenvolver as etapas propostas. A minha esposa, pelo companheirismo e força em todas as etapas do curso. Assim como aos meus pais e família, pelo incentivo e apoio em todos os momentos. Ao curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Santa Cruz do Sul por ter me possibilitado a realização deste projeto. A professora orientadora, Débora Chapon Galli, pelo auxílio, disponibilidade de tempo e material para estudo. Ao professor Marcelino Hoppe, pelo auxílio nos cálculos e a todos os professores, que de uma forma ou outra contribuíram com o desenvolvimento do trabalho. Aos agricultores que se dispuseram a colaborar com a pesquisa, ao responder o questionário e disponibilizar os grãos, fundamentais ao desenvolvimento do trabalho. Aos colegas do curso, Jonas, Robson e Renan, que me auxiliaram a desenvolver os trabalhos, e a todos os demais que me ajudaram no decorrer da vida acadêmica. E, da mesma forma a todos que direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho. 4 RESUMO O teor de água nos grãos está diretamente relacionado a qualidade dos mesmos, influenciando no seu metabolismo e no de organismos associados, como fungos, os quais poderão causar sua deterioração e problemas à saúde, pela produção de micotoxinas. Contudo, em pequenas propriedades rurais a utilização de determinadores de umidade nem sempre é viável, em função do custo para sua aquisição, se comparado ao volume de produção. Com base nisto está sendo difundido em algumas regiões do país o método para determinação do grau de umidade em grãos através da Evaporação Direta da Água com Banho de Óleo, conhecido como EDABO. O presente trabalho objetivou avaliar a efetividade deste método em relação ao método padrão em estufa a 105 ± 3ºC e com equipamento da marca Motomco em amostras de arroz, feijão e milho, além de avaliar a eficiência de balança digital de cozinha em relação à de precisão. Primeiramente desenvolveu-se o determinador por EDABO e adquiriu-se uma balança digital. Os resultados encontrados indicam que, com relação aos testes em grãos de arroz, a eficiência do método não pode ser comparada ao método padrão em estufa, sendo que o grau de umidade fica superestimado e estes diferem estatisticamente entre si, tanto com balança digital de cozinha, quanto em balança de precisão e com o Motomco. Com relação à cultura do feijão, as médias encontradas no método EDABO e na estufa não diferiram entre si, nos testes com as duas balanças, mas estes diferiram em relação ao equipamento que opera através de método indireto. Em grãos de milho, os resultados mostraram que as médias encontradas com balança de precisão não diferiram estatisticamente em relação à estufa, diferentemente da balança comercial e do equipamento Motomco. Portanto, a partir dos ensaios conclui-se que o método EDABO é efetivo, especialmente para grãos de feijão, podendo ser difundido entre os agricultores, principalmente para determinar o ponto ideal de colheita e monitorar a umidade na secagem e armazenamento. Em todos os testes realizados o método se apresentou mais preciso do que o equipamento que opera através de método indireto, sendo que o custo final de aquisição dos materiais e montagem do conjunto ficou em R$ 114,95. Palavras-chave: grãos, grau de umidade, qualidade 5 ABSTRACT The water content in the grains is directly related to its quality, influencing their self metabolism and associated organisms such as fungi, which may cause deterioration and health problems, by the production of mycotoxins. However, in small farms using moisture determiners is not always feasible due to the cost of acquisition is compared to volume production. Based on this, is being broadcast in some regions the method to determinate the moisture content in grains by direct evaporation with an oil bath, known as EDABO. This study purposes to evaluate the effectiveness of this method compared to standard method at 105 ± 3 ° C and with the equipment Motomco brand in samples of rice, beans and corn, as well as evaluating the digital scale efficiency kitchen with regard to accuracy. First, was developed a determiner by EDABO and was acquired a digital scale. The results indicate, about the tests on rice grains, its efficacy can not be compared to the standard method in the greenhouse, and the moisture content is overestimated and these differ statistically from each other, both with digital kitchen scale, as in precision scale and the Motomco equipament. Regarding the bean crop averages found in EDABO, the method and the stove did not differ in tests with both scales, but these differed in relation of the equipment that operates by the indirect method. In corn grains, the results showed that the average found with precision scale did not differ statistically in relation to the greenhouse, unlike the trade balance and Motomco equipment. Therefore, from the tests it was concluded that the EDABO method is effective, especially for beans and can be spread among farmers, especially to determine the ideal harvest and monitor humidity drying and storage. In all tests the method introduced more precise than the equipment that operates through indirect method. However the final cost of purchase and installation method was R$ 114,95. Key words: grain, moisture content, quality. 6 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Produção brasileira de grãos nas últimas safras ..................................... 15 Quadro 2 - Umidade ideal e máxima para colheita de grãos de determinadas culturas .................................................................................................................................. 17 Quadro 3 - Umidade máxima (%) recomendada para a armazenagem a granel, em condições padronizadas* .......................................................................................... 18 Quadro 4 - Valores médios de teor de água dos grãos de milho armazenados com 14,5 e 18,0% (b.u.) em silos tipo bolsa, nas temperaturas de 25, 30 e 35 ºC, durante 180 dias ..................................................................................................................... 34 Quadro 5 - Temperatura para determinação de umidade pelo método EDABO ....... 41 Quadro 6 – Análise estatística do experimento em grãos de arroz ...........................59 Quadro 7 - Comparação entre os graus médios de umidade em arroz, nos quatro tratamentos ............................................................................................................... 61 Quadro 8 – Análise estatística do experimento em grãos de feijão ........................... 63 Quadro 9 - Comparação entre os graus médios de umidade em feijão, nos quatro tratamentos ............................................................................................................... 65 Quadro 10 – Análise estatística do experimento em grãos de milho ......................... 67 Quadro 11 - Comparação entre os graus médios de umidade em milho, nos quatro tratamentos ............................................................................................................... 68 Quadro 12 - Tempo decorrido para a realização dos ensaios com EDABO ............. 71 Quadro 13 - Custo dos itens utilizados para a implementação do método EDABO .. 71 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Partes componentes de grãos de mono e dicotiledôneas ......................... 19 Figura 2 - Pressão de vapor e transferência de água entre grãos e ar. .................... 23 Figura 3 - Colônias de Aspergillus niger em grão de milho ....................................... 27 Figura 4 - Diferentes tipos de grãos, fungos associados e suas respectivas micotoxinas ............................................................................................................... 30 Figura 5 - Armazenamento de grãos em silos metálicos ........................................... 31 Figura 6 - Armazenamento de grãos em sacarias ..................................................... 32 Figura 7- Armazenamento de grãos em paiol ........................................................... 32 Figura 8- Armazenamento de grãos em silo graneleiro ............................................. 33 Figura 9 - Armazenamento de grãos em silos bolsa ................................................. 34 Figura 10 - Estufa para determinação de umidade, sob pressão atmosférica .......... 37 Figura 11– Esquema do método de destilação em tolueno ...................................... 38 Figura 12 - Determinador de umidade de grãos Brown Duvel................................... 39 Figura 13 - Equipamento EDABO fabricado artesanalmente .................................... 40 Figura 14 - Equipamento EDABO com auxílio de utensílios domésticos .................. 40 Figura 15 - Determinador de umidade DUPEA ......................................................... 42 Figura 16– Medidor de umidade universal com princípio de funcionamento por resistência elétrica dos grãos .................................................................................... 44 Figura 17- Determinador de umidade Motomco, (a), Farmex, (b) pelo método dielétrico .................................................................................................................... 45 Figura 18 – Quarteador de amostras ........................................................................ 48 Figura 19 - Termômetro digital portátil com 5 sensores Penta III .............................. 51 Figura 20 - Estrutura para quatro amostras por batelada .......................................... 52 Figura 21 - Leiteira 2 litros ......................................................................................... 53 Figura 22 - Conjunto leiteira, termômetro, óleo e grãos ............................................ 54 Figura 23 - Balança digital de cozinha ...................................................................... 55 Figura 24 - Balança de precisão Gehaka .................................................................. 55 Figura 25 - Conjunto de itens utilizados para os ensaios .......................................... 56 Figura 26 - Comparação entre as umidades de grãos de arroz nos quatro tratamentos, por repetição......................................................................................... 60 Figura 27 – Variação de tempo para a temperatura ser atingida em grãos de arroz 62 8 Figura 28 - Comparação entre as umidades de grãos de feijão nos quatro tratamentos, por repetição......................................................................................... 64 Figura 29 - Variação de tempo para a temperatura ser atingida em grãos de feijão . 66 Figura 30 - Comparação entre as umidades de grãos de milho nos quatro tratamentos, por repetição......................................................................................... 67 Figura 31 - Variação de tempo para a temperatura ser atingida em grãos de milho . 69 Figura 32 - Relação de tempo decorrido para determinação de umidade pelo método EDABO, em grãos de arroz, feijão e milho ................................................................ 70 9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 12 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 15 2.1 Produção de grãos no Brasil ............................................................................... 15 2.2 Perdas na produção de grãos no Brasil .............................................................. 15 2.2.1 Perdas na colheita ............................................................................................ 16 2.2.2 Perdas no transporte ........................................................................................ 17 2.2.3 Perdas na armazenagem ................................................................................. 18 2.3 Características e/ou propriedades dos grãos e relação com os processos de conservação .............................................................................................................. 19 2.3.1 Estrutura dos grãos .......................................................................................... 19 2.3.2 Teor de água ou grau de umidade ................................................................... 20 2.3.2.1 Modos de expressão da umidade dos grãos ................................................. 20 2.3.3.1.1 Umidade expressa em base úmida (bu) ..................................................... 21 2.3.2.1.2 Umidade expressa em base seca (b.s.) ..................................................... 21 2.3.2.2 Mudança de base .......................................................................................... 22 2.3.3 Massa porosa ................................................................................................... 22 2.3.4 Condutibilidade térmica .................................................................................... 22 2.3.5 Equilíbrio higroscópico dos grãos ..................................................................... 23 2.3.6 Massa específica granular ................................................................................ 24 2.3.7 Ângulo de repouso ........................................................................................... 24 2.4 Grãos armazenados e associação fúngica.......................................................... 25 2.4.1 Classificação dos fungos em função do momento do ataque .......................... 25 2.4.2 Grãos armazenados e intoxicação por micotoxinas ......................................... 26 2.4.2.1 Aflatoxinas .....................................................................................................28 2.4.2.2 Ocratoxinas ................................................................................................... 28 2.4.2.3 Tricotecenos .................................................................................................. 29 2.4.2.4 Zearalenonas ................................................................................................ 29 2.5 Armazenamento de grãos ................................................................................... 30 2.5.1 Formas de armazenamento de grãos .............................................................. 30 2.5.1.1 Silo metálico .................................................................................................. 31 2.5.1.2 Armazenagem em sacarias ........................................................................... 31 10 2.5.1.3 Armazenamento em paióis ............................................................................ 32 2.5.1.4 Silos graneleiros ............................................................................................ 33 2.5.1.5 Armazenamento em silos bolsa .................................................................... 33 2.6 Determinação do grau de umidade dos grãos ..................................................... 35 2.6.1 Métodos para determinação do grau de umidade ............................................ 35 2.6.1.1 Métodos diretos ............................................................................................. 35 2.6.1.1.1 Estufa ......................................................................................................... 36 2.6.1.1.2 Estufa sob pressão atmosférica ................................................................. 36 2.6.1.1.3 Estufa a vácuo ............................................................................................ 37 2.6.1.2 Destilação ...................................................................................................... 37 2.6.1.2.1 Tolueno ...................................................................................................... 38 2.6.1.2.2 Brown Duvel ............................................................................................... 38 2.6.1.2.3 EDABO ....................................................................................................... 39 2.6.1.2.3.1 Procedimento para determinação da umidade do grão pelo método EDABO ...................................................................................................................... 41 2.6.1.2.4 DUPEA ....................................................................................................... 42 2.6.1.3 Métodos químicos ......................................................................................... 43 2.6.1.4 Métodos indiretos .......................................................................................... 43 2.6.1.4.1 Método de resistência elétrica .................................................................... 43 2.6.1.4.2 Método dielétrico (capacitância) ................................................................. 44 3 MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................... 46 3.1 Local do experimento .......................................................................................... 46 3.2 Materiais .............................................................................................................. 46 3.2.1 Amostras de grãos ........................................................................................... 46 3.2.2 Equipamentos e demais materiais utilizados .................................................... 46 3.3 Métodos ............................................................................................................... 47 3.3.1 Preparo das amostras ...................................................................................... 47 3.3.1.1 Determinação de matérias estranhas e impurezas das amostras de arroz ... 48 3.3.1.2 Determinação de matérias estranhas e impurezas das amostras de feijão .. 48 3.3.1.3 Determinação de matérias estranhas e impurezas das amostras de milho .. 49 3.3.2 Determinação da umidade ............................................................................... 50 3.3.2.1 Método direto – estufa ................................................................................... 50 3.3.2.2 Método direto - EDABO ................................................................................. 52 11 3.3.2.3 Método indireto – equipamento Motomco ..................................................... 56 3.3.3 Análise dos dados ............................................................................................ 57 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 58 4.1 Caracterização dos procedimentos para determinação da umidade nas propriedades visitadas .............................................................................................. 58 4.2 Resultados dos ensaios realizados ..................................................................... 58 4.2.1 Determinação da umidade em grãos de arroz ................................................. 59 4.2.2 Determinação da umidade em grãos de feijão ................................................. 63 4.2.3 Determinação da umidade em grãos de milho ................................................. 66 4.3 Análise dos custos para implementação do método EDABO .............................. 71 5 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 73 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 75 APÊNDICE A - Caracterização da propriedade (arroz, feijão e milho) ...................... 81 APÊNDICE B – Valores encontrados nos ensaios realizados em grãos de arroz, feijão e milho, através dos métodos estufa, EDABO e com equipamento Motomco . 87 12 1 INTRODUÇÃO O Brasil é considerado como uma potência mundial na produção de grãos. A cada ano o país vem se consolidando e atingindo índices cada vez maiores. Isto pode se confirmar através da análise na evolução produtiva das lavouras brasileiras de grãos, sendo que na safra 2012/2013 o setor colheu 12,7% a mais que na anterior (COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO - CONAB, 2013). Conforme levantamentos mais recentes, para o ano agrícola 2013/2014 a soma de tudo que foi colhido ficou em 3,4% maior do que na safra 2012/13. Para a safra 2014/2015 a estimativa é de aumento de colheita em 2,57% (CONAB, 2015a). Entretanto grande parte desta produção acaba se perdendo, devido a inúmeros fatores, que se iniciam desde o momento da colheita, passam pelo transporte, descarga, secagem, armazenamento, beneficiamento e se estendem até o momento da comercialização ou consumo. Estes danos podem ser tanto quantitativos como qualitativos, ou seja, perda física da massa de grãos ou na qualidade dos mesmos, respectivamente. Uma das principais causas destes problemas está relacionada à falta de controle no grau de umidade. Este fator deve ser observado já desde a pré-colheita, evitando assim perdas de peso, pelo excesso de secagem dos grãos na lavoura, ou pela colheita em momento que os mesmos não estejam em sua maturidade fisiológica. O grau de umidade também deve ser analisado durante as fases subsequentes à colheita, retirando-se amostras representativas dos lotes, evitando assim que ocorra redução de qualidade e quantidadeda massa de grãos durante os processos seguintes. Um dos problemas que afetam os grãos sem controle do grau de umidade são as infestações por colônias de fungos, que encontram neste cenário um habitat adequado para seu desenvolvimento, visto que com o excesso de água livre a temperatura desta massa acaba se elevando, acarretando em condições ideais ao crescimento destes microrganismos. Com o desenvolvimento fúngico, ocorre o aumento dos defeitos metabólicos e o surgimento de micotoxinas que, conforme Sakata, Sabbag e Maia (2011), compreendem um conjunto complexo de substâncias tóxicas produzidas por fungos e que se desenvolvem em ambientes favoráveis. 13 Estas micotoxinas são responsáveis por um grande número de doenças, ocasionadas pela ingestão de produtos contaminados, podendo acometer tanto animais como os seres humanos. Deste modo o monitoramento da umidade dos grãos deve compreender todas etapas da colheita e pós-colheita. A análise da umidade pode ser realizada por métodos diretos e indiretos. Os primeiros, de uso principalmente em nível laboratorial, incluem o emprego de estufa, sob pressão atmosférica ou a vácuo, além de determinadores por destilação ou por infravermelho. Baseadas no sistema de destilação, mas de menor custo que os equipamentos comerciais, foram desenvolvidas técnicas como a Evaporação Direta da Água em Banho de Óleo (EDABO) e o Determinador de Umidade por Equivalência de Água (DUPEA), no entanto há poucas pesquisas sobre seu emprego e sua aplicação ainda é incipiente. Os métodos indiretos estimam o grau de umidade em função da resistência ou capacitância elétrica do produto. Equipamentos baseados nestes princípios são os mais utilizados devido à sua agilidade e rapidez com que se têm os resultados, porém podem ser imprecisos quando descalibrados. Considerando-se que, grande parte da produção brasileira de grãos é oriunda da agricultura familiar, ou seja, de pequenas propriedades rurais, a utilização destes equipamentos nem sempre é viável. Um dos grandes empecilhos refere-se ao custo para sua aquisição e calibração periódica, se comparado com o volume de produção. Outro fator que restringe a implementação de práticas objetivas de monitoramento do grau de umidade dos grãos é a falta de conhecimento técnico por parte dos agricultores. Neste contexto, enfatiza-se o problema de como executar de modo prático, confiável e de baixo custo tal procedimento em nível de pequena propriedade, de forma que a produção de grãos possa ser utilizada de forma segura, assim como obter maior valorização no momento em que o produtor rural fosse comercializar a sua safra, visto que este produto teria uma melhor qualidade devido à inserção de boas práticas de armazenagem. Nesse sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi avaliar a efetividade do método de evaporação direta em banho de óleo (EDABO) para determinação do grau de umidade em grãos. 14 Os objetivos específicos foram: construir o determinador de umidade de grãos por EDABO; analisar a umidade de amostras de grãos de milho, arroz e feijão coletadas em pequenas propriedades; comparar os resultados obtidos através do método padrão em estufa, EDABO e equipamento que opera através de método indireto; calcular o custo do equipamento por EDABO; confrontar a eficiência da utilização de balança comercial em relação à balança de precisão. 15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Produção de grãos no Brasil Segundo Galli (2014a), grãos são matérias-primas e ou ingredientes para outros produtos, que podem ser utilizados tanto para consumo humano como animal. Este termo engloba os cereais, as leguminosas e outros. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2015), o Brasil é produtor de grande quantidade de produtos agrícolas e é apto a produzir a maior parte dos grãos que existem no planeta. Com este cenário a cada ano a produção brasileira de grãos vem aumentando em todas as regiões produtoras do país. Conforme dados da Conab (2012), Conab (2013) e Conab (2015), que se encontram no Quadro 1, fica evidente esta evolução durante as cinco últimas safras. Quadro 1 - Produção brasileira de grãos nas últimas safras Safra Produção total (t) 2010/11 162.803.000 2011/12 165.895.900 2012/13 187.093.800 2013/14 193.554.800 2014/15* 198.537.000* *estimativa de produção Fonte: Adaptado de Conab (2012), Conab (2013) e Conab (2015). Entretanto, muito desta produção acaba sendo perdida nas diversas etapas da cadeia produtiva (IBGE, 2005). 2.2 Perdas na produção de grãos no Brasil As perdas de grãos pode ser quanti ou qualitativas e ocorrem desde que o grão ainda se encontra na lavoura, por debulha, ataque de pragas, durante a colheita devido às más regulagens em colhedoras, no transporte até as unidades armazenadoras de grãos e na própria armazenagem (ELIAS, 2003). Segundo a Fundação Estadual de Pesquisa Agropecuária (Fepagro,1999), estimam-se perdas quantitativas em torno de 20% da produção do milho colhido no 16 Rio Grande do Sul, provocada pelo ataque de insetos e ratos, além de perdas qualitativas, devido à colheita no período incorreto e ao armazenamento inadequado. Estes problemas ocorrem principalmente devido ao fato de que aproximadamente 70 % do milho produzido no Rio Grande do Sul são armazenados de forma inadequada e consumidos no local de produção, especialmente em pequenas propriedades, sendo utilizados in natura ou na forma de ração. Para quantificar as perdas que ocorrem nos grãos, deve-se distinguir dois tipos de danos que, de modo geral, podem ser classificados em perda física ou quebra e em perda de qualidade (d’ARCE, 20--). Para d’Arce (20--), perda física ou quebra, ocorre quando o produto sofre uma perda de peso pelos danos causados pelo ataque de insetos, injúrias provocadas por operações de colheita, que podem ocorrer devido ao grau de umidade inadequado para as operações, roedores e pássaros, entre outros. Ainda de acordo com d’Arce (20--), perda de qualidade é aquela que ocorre quando as qualidades intrínsecas, essenciais do produto, são alteradas, principalmente, pela ação de fungos, os quais causam fermentações, modificações sensoriais, como alterações do gosto e cheiro natural do produto, e redução do valor nutricional dos grãos. Todas estas alterações ocorrem, principalmente pelo inadequado controle de umidade dos grãos. 2.2.1 Perdas na colheita Um momento responsável pela perda de boa parte da massa de grãos no Brasil é a hora da colheita. O fator primordial é a definição do momento exato desta, que é definido pelo teor de água médio da matéria-prima, pois se a safra for colhida antes do estádio adequado ocorrerá diminuição na qualidade da mesma, além de dificultar as operações de colheita (GALLI, 2014a). Entretanto, segundo Figueiredo et al. (2013), se o inverso ocorrer, ou seja, se os grãos permanecerem por período superior ao necessário na lavoura, haverá perda de peso, por debulha, e proporcionará a oportunidade aos insetos de consumirem parte da massa de grãos por maior prazo de tempo. Poderá também ocorrer acamamento de plantas, ataque de agentes bióticos e abióticos de deterioração. 17 Já para Elias (2003), a colheita realizada na faixa de umidade ideal para cada cultura (Quadro 2), minimiza as perdas, por outro lado requer uso da secagem artificial. Entretanto em caso de não haver disponibilidade desecador, aconselha-se esperar a redução da umidade para valores mais próximos possíveis a 13%. Entretanto os efeitos da alta umidade dos grãos no armazenamento são mais prejudiciais do que as perdas ocorridas antes da colheita, em especial os relacionados à qualidade e aos efeitos sanitários do metabolismo microbiano (ELIAS, 2003). Quadro 2 - Umidade ideal e máxima para colheita de grãos de determinadas culturas Espécie Grau de umidade ideal (%) Grau de umidade máximo (%) Milho 26 35 a 40 Soja 18 35 a 40 Feijão 16 50 Arroz 24 28 a 30 Trigo 20 40 Sorgo 20 36 a 38 Fonte: Santos et al. (2007). Portanto é necessário que haja controle deste parâmetro para que ocorra a menor perda de qualidade e quantidade possível de grãos (PINTO, 2005). 2.2.2 Perdas no transporte Vários são os motivos que geram perdas no transporte da produção, podendo ser citadas as péssimas condições de algumas rodovias e o sucateamento dos meios de transporte utilizados para o carregamento dos grãos até as unidades armazenadoras (CORREA e RAMOS, 2010). Para Caneppele e Sardinha (2014) uma das causas de perdas no transporte do milho é o excesso de carga dos caminhões, pois os fretistas com o intuito de aumentar o lucro acabam excedendo o limite de peso da carga. Estudo de Caneppele e Sardinha (2014) destaca que as perdas mais significativas foram constatadas no momento do carregamento e no transporte até as unidades armazenadoras, com índice de 0,5% de perdas na cultura do milho. 18 2.2.3 Perdas na armazenagem Conforme dados da Agrocult Consultoria e Treinamento em Armazenagem, citados por Pontes (2010), o Brasil perde a cada safra uma média de 20% da produção em função de armazenamento inadequado. Segundo Eifert et al. (20--), as culturas, de modo geral, possuem níveis de umidade adequados para que ocorra o armazenamento de forma segura, mantendo assim a qualidade do produto oriundo do campo. Estes valores estão expostos no Quadro 3. Quadro 3 - Umidade máxima (%) recomendada para a armazenagem a granel, em condições padronizadas* Grão Meses de armazenamento 6 12 24 60 1. Feijão 14,5 13,5 12,5 11,5 2. Milho 14,0 13,0 12,0 11,0 3. Trigo, sorgo, arroz, centeio, aveia, triticale 13,5 12,5 11,5 10,5 4. Azevém 13,0 12,0 11,0 10,0 5. Soja 12,5 11,5 10,5 9,5 6. Amendoim 12,0 11,0 10,0 9,0 7. Canola/colza 9,0 8,0 7,0 7,0 *20ºC e 65% de umidade relativa, em sistema de armazenagem com termometria e aeração controladas. Fonte: Adaptado de Elias (2003). Para Elias (2003), existem dois fatores primordiais a serem observados durante o armazenamento dos grãos, a temperatura e a umidade, inibindo o desenvolvimento de pragas e fungos. Segundo o autor, estes parâmetros limitam a produção e a sobrevivência de muitas espécies de insetos, sendo que a umidade dos grãos menor que 9% inibe a reprodução da maioria das pragas. Entretanto, ainda de acordo com Elias (2003), o limite de umidade de 9% em grãos é difícil de ser mantido devido ao equilíbrio higroscópico entre a umidade relativa ambiente (atmosférica) e a da massa de grãos. Com relação as pragas de armazenamento, o autor destaca que a reprodução destas é favorecida quando a umidade dos grãos estiver entre 12 e 15%. Acima disto, são favorecidos os fungos e bactérias. 19 2.3 Características e/ou propriedades dos grãos e relação com os processos de conservação Para Faroni (1998), os grãos possuem características intrínsecas e extrínsecas específicas para cada espécie. O estudo destas é de fundamental importância para a manutenção da qualidade do produto e para entender como ocorre a transferência de umidade e calor de um espaço para outro. 2.3.1 Estrutura dos grãos Como relatam Santos et al. (2007), os grãos são compostos de três partes, a casca, a endosperma e o gérmen, tanto em dicotiledôneas, como monocotiledôneas, conforme Figura 1. Figura 1 - Partes componentes de grãos de mono e dicotiledôneas Fonte: Santos et al. (2007) Para Corrêa e Silva (2008) o conhecimento sobre estrutura, composição e propriedades físicas dos grãos e derivados deve ser pré-requisito para o estudo sobre secagem e armazenamento destes produtos. Segundo Santos et al. (2007), a casca é o componente mais externo e fibroso do grão, tendo como funções proteger a parte interna, regular a entrada e saída de água e gases (oxigênio e gás carbono) e servir de barreira para ataque de doenças e pragas. Portanto, não se deve danificá-la na colheita, transporte, secagem e/ou armazenagem. Ainda conforme Santos et al. (2007), endosperma é a maior parte presente no grão. É neste local que se encontram as reservas de nutrientes, inclusive para o GÉRMEN GÉRMEN 20 consumo humano como o amido no arroz e trigo, a proteína no feijão e soja, e os óleos no girassol e amendoim, além de fazer com que ele germine e se desenvolva. De acordo com Santos et al. (2007), o gérmen é constituído por elevado teor de óleo e proteína, e uma certa quantidade de amido, além de possuir alto valor nutritivo, sendo normalmente a estrutura mais visada e atacada pelas pragas. 2.3.2 Teor de água ou grau de umidade Para Elias (2003), a água contida nos grãos determina sua umidade, visto que a água é uma substância e a umidade é uma propriedade. Assim, a origem do conceito de teor de água ou grau de umidade está no fato de os grãos serem constituídos por uma certa quantidade de água e de sua fração de matéria seca. Esta água presente nos grãos é o fator mais importante e determina não apenas a qualidade, mas seu autometabolismo e o de organismos associados, os quais poderão prejudicar seu valor. A água está sempre presente nos grãos. Do ponto de vista químico e físico, sua ação solvente favorece as reações enzimáticas e os ataques microbianos, quando o teor d'água ultrapassa um certo limite (MILMAN, 2002). Em concordância Elias (2003) descreve que as condições de elevada umidade dos grãos e a temperatura do ar ambiente aumentam o seu metabolismo, o que favorece o crescimento microbiano e das pragas, acelerando a sua atividade. Conforme Santos et al. (2007), a fixação das moléculas de água é variável conforme a espécie do grão, variando conforme a composição química e as condições ambientais, como temperatura e umidade. A umidade está entre os fatores que mais contribuem para a degradação de grãos e sementes e é indispensável que haja controle sobre este importante componente (FARONI, 1998). 2.3.2.1 Modos de expressão da umidade dos grãos Para Pimentel e Fonseca (2011), a umidade nos grãos é expressa de dois modos: em base úmida (b.u.) e base seca (b.s.). 21 2.3.3.1.1 Umidade expressa em base úmida (bu) A umidade do grão pode ser definida como a relação entre a massa de água presente e a massa total de grãos e é expressa em porcentagem (%) (SANTOS et al., 2007). Para Silva e Rufato (2001), a umidade contida nos grãos em base úmida (U) (Eq.1) é a razão entre o peso da água (Pa) presente na amostra e o peso total (Pt) (Eq.2) desta amostra. U = 100 (Pa / (Pt) (1) Pt = (Pms + Pa) (2) Sendo que: U = grau de umidade (%) em b.u; Pa = peso da água; Pt = peso total da amostra; e Pms = peso da matéria seca. 2.3.2.1.2 Umidade expressa em base seca (b.s.) Já a porcentagem de umidade em base seca (bs) (Eq. 3) é determinada pela razão entre o pesoda água (Pa) e o peso da matéria seca (Pms) (PIMENTEL e FONSECA, 2011). U’ = 100 ( Pa / Pms) (3) Sendo que: U’ = grau de umidade (%) em b.s. Em regra a porcentagem em base úmida (b.u.%) é usada em designações comerciais e no estabelecimento de preços. No entanto, o grau de umidade em base seca (decimal) é comumente utilizado em trabalhos de pesquisa e em cálculos específicos (SILVA e RUFATO, 2001). 22 2.3.2.2 Mudança de base Conforme Pimentel e Fonseca (2011), no caso de haver necessidade de conversão para passar de um modo para o outro, podem-se utilizar as Equações 4 (conversão de b.u. para b.s) e 5 (conversão de b.s. para b.u.). U' = [U / (100-U)].100 (4) U = [U' / (100 + U')].100 (5) Sendo: U = % b.u. e U'= % b.s. 2.3.3 Massa porosa Os grãos quando armazenados formam uma massa porosa constituída por estes e pelo ar intersticial. O espaço ocupado pelo ar intergranular é de 40% a 45%. O oxigênio existente neste ambiente é utilizado no processo respiratório dos grãos (d’ARCE, 20--). Já para Faroni (1998), a porosidade é devida à natureza coloidal do próprio grão e à presença de espaços intergranulares na massa de grãos. A extensão da porosidade depende do tamanho e da forma do grão, elasticidade, estado da superfície, idade do lote, peso, grau de compactação, período de estocagem e distribuição da umidade na massa. 2.3.4 Condutibilidade térmica Outro atributo importante a se observar durante o armazenamento dos grãos é a condutibilidade térmica. Sabe-se que algumas substâncias apresentam determinada condutibilidade térmica, que é medida pela intensidade do calor que passa de uma região mais quente para uma mais fria (FARONI 1998; d’ARCE 2004). Em uma massa de grãos o calor se propaga de um ponto para outro por condução, convecção e irradiação. O calor em uma massa de grãos é propagado por condução de grão para grão que se encontra em contato, é também conduzido 23 por microconvecção, em decorrência do fluxo de ar intergranular que se desloca. A massa de grãos é um bom isolante, oferecendo uma resistência ao fluxo de calor da ordem de 1/3 da resistência da cortiça (d’ARCE, 20--). 2.3.5 Equilíbrio higroscópico dos grãos Conforme d’Arce (20--) os grãos, como qualquer material higroscópico, mantêm equilíbrio de sua umidade com determinada umidade relativa do ar, a uma dada temperatura. Isto é, eles têm a capacidade de ceder ou absorver umidade de acordo com a umidade relativa do ar contido no espaço intersticial da massa de grãos. Portanto os grãos em contato com um ambiente onde a umidade relativa oscila, ganharão ou perderão umidade. Já para Milman (2002) e Elias (2003), a higroscopicidade dos grãos é sua propriedade de trocar água entre si e com o meio circundante, dependendo das pressões de vapor (PV). As diferenças de pressão de vapor entre os grãos e o ar determinam, por exemplo, se ao entrarem em contato com o ar no armazenamento os grãos permanecerão em equilíbrio higroscópico, ganharão ou perderão água, conforme Figura 2. Figura 2 - Pressão de vapor e transferência de água entre grãos e ar. Fonte: Elias (2003). No ponto de equilíbrio, a pressão de vapor d'água dentro do grão é igual à pressão de vapor d'água contido no ar. Quando o grão e o ar que o envolve apresentam diferentes pressões de vapor, a umidade se movimenta da substância com maior pressão de vapor para aquela que possui menor pressão até atingir um ponto de equilíbrio. Neste ponto cessa o transporte da umidade (d’ARCE 20--; RESENDE et al., 2006). Ainda de acordo com d’Arce (20--), devido a esta propriedade, que se constitui numa das características mais importantes, o teor de água dos grãos 24 armazenados em recipientes permeáveis pode ser frequentemente alterado pelas oscilações da umidade relativa do ar atmosférico. Logo em recipientes hermeticamente fechados, dá-se o fenômeno inverso, isto é, a umidade relativa do ar do recipiente é que será afetada pela umidade do grão. Elias (2003) explica que em equilíbrio higroscópico, a umidade crítica dos grãos, para o desenvolvimento de microrganismos associados, é de 14%, enquanto para os insetos e ácaros está entre 8 e 10%. 2.3.6 Massa específica granular Conforme explicam Corrêa e Silva (2008) esta característica, também conhecida como peso hectolítrico (PH) ou densidade granular, pode ser definida como a razão entre a massa e o volume de determinada quantidade de produto, incluindo os espaços intergranulares e corresponde à massa de 100 litros do produto. A aplicabilidade deste conceito se dá no momento da comercialização, dimensionamento de silos, secadores, depósitos e sistemas de transportes, podendo também ser utilizado para determinar graus de umidade e danos causados por insetos e pragas nos grãos armazenados (CORRÊA e SILVA, 2008). 2.3.7 Ângulo de repouso Para Corrêa e Silva (2008), ângulo de repouso pode ser definido como o ângulo máximo do talude formado pelos grãos em relação à horizontal e é altamente influenciado pelo grau de umidade, pelo tamanho, pela forma e pela constituição externa do grão. Este atributo é importante para a determinação da capacidade estática dos silos, da capacidade de correias transportadoras e do dimensionamento de moegas, dutos e rampas de descarga de grãos. Outros atributos como velocidade terminal, tamanho e forma, condutividade térmica, difusividade térmica, calor específico, resistência elétrica, além de propriedades dielétricas, também são importantes no estudo dos grãos armazenados (CORRÊA e SILVA, 2008). 25 2.4 Grãos armazenados e associação fúngica O grau de umidade dos grãos é um ponto crítico para a qualidade do produto armazenado. Grãos com alto grau de umidade tornam-se vulneráveis a serem colonizados por altas populações, tanto de insetos quanto fungos. Os fungos têm sido assinalados como uma das principais causas da perda da qualidade de grãos e sementes, durante a semeadura e colheita, bem como no armazenamento (BENTO, 2011). Já para Elias (2003) os fungos estão entre as principais causas de deterioração dos grãos armazenados, sendo superados apenas pelos insetos. Elias (2003) salienta que é importante conhecer os prejuízos causados pelos fungos, mas é de fundamental importância que se conheçam as condições para o seu desenvolvimento. A umidade e temperatura elevadas, aliadas a métodos inadequados de armazenamento e manuseio dos grãos são fatores combinados que resultam em maior desenvolvimento fúngico, causando as maiores perdas na produção de grãos. 2.4.1 Classificação dos fungos em função do momento do ataque Conforme Bento (2011) os fungos presentes nos grãos são classificados conforme suas exigências de água em dois grupos, podendo ser fungos de campo e de armazenamento. Bento (2011) destaca que os fungos de campo colonizam os grãos e sementes ainda no campo e necessitam de elevada umidade relativa do ar (90%) e elevados teores de água nos grãos (20% a 21%) para o seu desenvolvimento, demonstrando assim a importância da colheita no momento adequado. Nesse grupo, predominam as espécies dos gêneros Alternaria, Cladosporium, Helminthosporium e Fusarium. Quanto aos fungos de armazenamento, Bento (2011) cita que os mesmos requerem umidades entre 13 e 18%, sendo pouco frequentes durante o crescimento da planta no campo e nos grãosrecém-colhidos. 26 No entanto, segundo Elias (2003), a contaminação por fungos pode ocorrer antes da colheita, enquanto as plantas estão crescendo no campo, ou depois que o grão for colhido, antes do seu armazenamento, ou durante ele. Para Lorini, Miike e Scussel (2002), fungos de armazenamento são aqueles que atacam produtos com umidade de 15% e em umidade relativa entre 70 e 90% durante a armazenagem. Entretanto Elias (2003), aponta uma exceção, o milho armazenado úmido, na espiga, em caixotes, que pode ser atacado por um típico fungo de campo. Em contraponto com o que diz Bento (2011), para Elias (2003), a maioria dos fungos requer umidade alta nos grãos, de 22 a 23% (em base úmida), que se equilibra com umidade relativa de 90 a 100%. Em torno de cem espécies de fungos já foram isolados em grãos e como já citado estes necessitam um mínimo e um ótimo de umidade relativa e de temperatura para se desenvolverem (ELIAS, 2003). A faixa de umidade relativa que os fungos suportam é mais importante do que a temperatura ótima. O tipo de grão e a danificação mecânica limitam a armazenagem de grãos com umidades mais elevadas. O mínimo de umidade para a germinação de esporos é 65%, todavia alguns exigem 93%. Diminuir-se a umidade relativa do ar no ambiente de armazenamento para valores abaixo de 65%, significa reduzir a atividade da maioria dos fungos (ELIAS, 2003). 2.4.2 Grãos armazenados e intoxicação por micotoxinas Conforme Fepagro (1999), Silva (2005) e Freire et al. (2007) os grãos (mofados ou ardidos) são normalmente contaminados por fungos toxicogênicos dos gêneros Aspergillus (Figura 3), Penicillium e Fusarium, que dependendo das condições de manejo de cultura, colheita e de armazenagem podem produzir micotoxinas, resultantes de seus metabolismos secundários produzidos por uma variedade de fungos, sendo estes metabólitos patogênicos para homens e animais. 27 Figura 3 - Colônias de Aspergillus niger em grão de milho Fonte: Elias (2003). Freire et al. (2007) destacam que estes compostos podem causar efeitos danosos para a saúde humana e animal, sendo capazes de induzirem efeitos carcinogênicos, hepatotóxicos e mutagênicos. Ainda conforme os autores, cerca de 25% de todos os produtos agrícolas produzidos no mundo estão contaminados com alguma micotoxina. Conforme Amaral et al. (2006) a presença destes metabólitos em alimentos é um sério problema para saúde pública e para a qualidade dos alimentos. Com estes problemas desencadeados observou-se a necessidade de análises para avaliação da qualidade de grãos e subprodutos oriundos dos mesmos, com isso estudos passaram a ser desenvolvidos no Brasil, e têm sido comprovado que muitos alimentos, rações e ingredientes apresentam níveis de contaminação por micotoxinas, muitas vezes superior ao permitido pela legislação brasileira, bem como pela internacional (FREIRE et al., 2007). Vários fatores concorrem para a contaminação dos grãos por fungos e a consequente produção de micotoxinas, mas principalmente a armazenagem de grãos com umidade superior a 12-13 % ou de espigas com palha que tenham umidade acima de 22 % (FEPAGRO, 1999). Ainda segundo Fepagro (1999) a qualidade de grãos para consumo humano e animal depende em grande parte da colonização por fungos e posterior síntese de 28 micotoxinas e da rápida deterioração decorrente, afetando a qualidade sensorial e nutricional do alimento. Existem mais de 500 micotoxinas conhecidas, as mais estudadas são as aflatoxinas, as ocratoxinas, as fumonisinas, a citrinina, a zearalenona e os tricotecenos (FEPAGRO, 1999). Para Lorini, Miike e Scussel (2002), embora cerca de 300 diferentes micotoxinas já tenham sido identificadas em laboratório, um número menor é considerado como sendo de importância na contaminação dos grãos, sendo que estes são muito preocupantes, pois causam sérios problemas, tanto para unidades armazenadoras, quanto para os criadores de animais que se alimentam destes produtos intoxicados. Segundo a Fepagro (1999) as micotoxinas são incolores, inodoras e insípidas, sendo impossível a sua detecção sem exames laboratoriais. 2.4.2.1 Aflatoxinas De acordo com a Fepagro (1999), as aflatoxinas têm uma estrutura química semelhante à dicumarina, causando hemorragias, que levam a morte em caso de intoxicações agudas. As intoxicações causadas por estas toxinas caracterizam-se pelo retardamento no crescimento, baixa imunidade, traduzida por facilidade de contrair infecções e falhas nos programas de vacinação, lesam o fígado e causam câncer. 2.4.2.2 Ocratoxinas Segundo Silva (2005) estas substâncias são produzidas pelas espécies de fungos Aspergillus alutaceus, A. alliaceus, entre outras, e ocorrem tanto em cereais como em leguminosas. Promovem acumulação de gordura no fígado e sérios danos renais, principalmente em suínos e cães. Normalmente, retardam a maturação sexual em galinhas e diminuem a produção de ovos. 29 2.4.2.3 Tricotecenos Ainda conforme Pinto (2005) e Silva (2005), os tricotecenos são toxinas produzidas por fungos do gênero Fusarium, que podem causar sérios problemas de saúde, podendo afetar tanto homens como animais. Estas micotoxinas ocorrem em grãos como o milho, trigo, cevada e outros. Os principais transtornos que ocorrem devido a ingestão de produtos contendo estas micotoxinas são vômitos, hemorragias, recusa do alimento, necrose da epiderme, aleucia tóxica alimentar (ATA), redução do ganho de peso, da produção de ovos e leite, interferência com o sistema imunológico e morte (SILVA, 2005). 2.4.2.4 Zearalenonas Silva (2005) destaca que as zearalenonas são toxinas produzidas por fungos da espécie Fusarium graminearum e ocorrem principalmente em grãos de milho. Intoxicações com este tipo de toxina podem gerar hiperestrogenismo, aborto, natimortos, falso cio, prolapso retal e da vagina, infertilidade, efeminização dos machos com desenvolvimento de mamas, pois a mesma age como hormônio feminino (PINTO, 2005). Conforme Pinto (2005), as micotoxinas causam determinados problemas aos que consomem o alimento contaminado e cada grão, de acordo com a sua composição física e química, é atacado por diferentes tipos de fungos associados a suas toxinas e suas respectivas complicações, conforme é exemplificado na Figura 4. 30 Figura 4 - Diferentes tipos de grãos, fungos associados e suas respectivas micotoxinas Fonte: Food Ingredients Brasil (2009). 2.5 Armazenamento de grãos O armazenamento é utilizado desde a antiguidade para evitar a falta de alimento por diversas razões, entre as principais está a sazonalidade dos cultivos, devido às limitações climáticas ou ao tempo de desenvolvimento das culturas (BORDIGNON, 2009). Ainda de acordo com Bordignon (2009), as civilizações têm desenvolvido meios de conservar seus alimentos (grãos e sementes) por um tempo maior, para que a oferta de alimentos não reduzisse com a sazonalidade dos plantios e para que o produto permaneça viável por período maior, principalmente pelo controle da umidade. 2.5.1 Formas de armazenamento de grãos Conforme Pimentel e Fonseca (2011), as formas para armazenamento de milho, e consequentemente de diversos tipos de grãos, podem ser a granel, em silos metálicos, de alvenaria ou concreto conforme Figura 5, em armazéns convencionais (sacarias) como mostra a Figura 6, em paióis, Figura 7, ou ainda em armazéns graneleiros (Figura 8) e em sistemas de armazenagem temporária, como silo bolsa 31(Figura 9). Para cada forma de armazenamento existem normas para a adequada manutenção da qualidade dos grãos. 2.5.1.1 Silo metálico Utilizado em nível de fazenda, coletor, intermediário e terminal. Em propriedades agrícolas d’Arce (20--) destaca que os silos metálicos são em geral de média e pequena capacidade, constituídos de chapas lisas ou corrugadas, de ferro galvanizado ou alumínio, fabricados em série e montados sobre um piso de concreto. A umidade ideal para o armazenamento dos grãos nestas condições são as mostradas no Quadro 3. Figura 5 - Armazenamento de grãos em silos metálicos Fonte: Teixeira et al. (2005). 2.5.1.2 Armazenagem em sacarias Sistema grandemente difundido entre agricultores, principalmente familiares. Em silos granelizados, comumente conhecidos como tipo piscinas, esta sacaria é utilizada como barreira para grãos a granel (BERWANGER, 2010). 32 Figura 6 - Armazenamento de grãos em sacarias Fonte: Berwanger (2010). 2.5.1.3 Armazenamento em paióis Os paióis são geralmente utilizados em pequenas propriedades, para armazenamento de grãos em espiga, com palha, como no caso do milho, ou em casca, como é o caso do amendoim. Este tipo de construção é de fácil implementação, porém, neste sistema também é importante que esteja bem seco e que o local de armazenamento seja bem ventilado para que possa haver controle de umidade adequado (ELIAS, 2003; PIMENTEL e FONSECA, 2011). Figura 7- Armazenamento de grãos em paiol Fonte: Pimentel e Fonseca (2011). 33 2.5.1.4 Silos graneleiros Estas unidades são caracterizadas por apresentarem fundo em forma de V possuindo equipamento automático para carga e descarga (d’ARCE, 20--). Ainda conforme d’Arce (20--), este tipo de estrutura apresenta algumas limitações funcionais, entre elas a necessidade de manter a massa de grãos com grau de umidade mais baixo que no silo elevado, emprego frequente da aeração mecânica e dificuldades na descarga do produto armazenado. Figura 8- Armazenamento de grãos em silo graneleiro Fonte: Castanho (2013). 2.5.1.5 Armazenamento em silos bolsa Esta forma de armazenagem (Figura 8) é bastante difundida em fronteiras agrícolas, sendo utilizada como reguladora de fluxo, a espera de lugar mais adequado para a massa de grãos, principalmente onde as condições de umidade são controladas inicialmente com algum tipo de secagem (PATURCA, 2014). 34 Figura 9 - Armazenamento de grãos em silos bolsa Fonte: Marcher Brasil (20--). Costa et al. (2010) verificaram que não houve variação do teor de água dos grãos de milho armazenados nos silos bolsa, demonstrando a possibilidade do uso desta técnica por parte dos agricultores, conforme mostra o Quadro 4. Quadro 4 - Valores médios de teor de água dos grãos de milho armazenados com 14,5 e 18,0% (b.u.) em silos tipo bolsa, nas temperaturas de 25, 30 e 35 ºC, durante 180 dias Temperatura Período de armazenamento (dias) 0 30 60 90 135 180 Média ± DP* 25 14,5 14,7 14,6 15 15 14,3 14,7 ± 0,28 18,0 18,0 18,0 18,0 19 18,3 18,2 ± 0,40 30 14,5 14,6 14,7 15,0 15,3 14,7 14,8 ± 0,30 18 17,6 19,0 19,0 19,0 19,3 18,7 ± 0,68 35 14,5 14,6 15,0 14,7 15,2 14,5 14,8 ± 0,29 18, 0 18,7 16,5 18,0 19,0 18,0 18,0 ± 0,86 * DP – Desvio Padrão Fonte: Costa et al. (2010). Independentemente do método de armazenagem os efeitos negativos da falta de controle de umidade nos grãos são enormes, devendo assim, todos produtores, desde pequenas propriedades em nível de agricultura familiar, como para aqueles detentores de médias e grandes áreas de produção determinar o grau de umidade dos grãos nas diversas etapas de produção (ELIAS, 2003). 35 2.6 Determinação do grau de umidade dos grãos Segundo Elias (2009), a determinação do grau de umidade é um procedimento fundamental na colheita, secagem e armazenagem de grãos. Através de estudos valores de umidade considerados seguros para um adequado armazenamento foram definidos e hoje são conhecidos e devem ser respeitados para que a qualidade dos grãos se mantenha durante a estocagem, conforme já especificado no Quadro 3. Ainda conforme Elias (2009), o tempo de armazenagem diminui de modo inversamente proporcional ao grau de umidade, a medida em que este aumenta. A determinação do grau de umidade dos grãos na colheita definirá as operações e a qualidade do produto nas etapas subsequentes, como a secagem, a armazenagem e a comercialização (GALLI, 2014a). 2.6.1 Métodos para determinação do grau de umidade Segundo Elias (2003), Santos et al. (2007), Silva et al. (2008) e Elias (2009), existem muitos métodos de determinação da umidade dos grãos, sendo classificados em duas categorias, diretos e indiretos. 2.6.1.1 Métodos diretos Moritz et al. (2012) relatam que os métodos diretos determinam o grau de umidade pela remoção do conteúdo de água, empregando estufa, destilação, infravermelho ou Karl Fisher. A determinação é baseada na perda de peso sofrida pelos grãos de uma amostra de peso conhecido, devida à retirada da água livre que contém, obtendo-se o resultado pela relação entre o peso da água removida e o peso da amostra inicial, em geral expressa em percentagem (ELIAS, 2003; ELIAS, 2009). Para Silva et al. (2008) através dos métodos diretos, a massa de água extraída do produto é relacionada com a massa de matéria seca (umidade em base seca) ou com a massa total do material original (umidade em base úmida). 36 Embora sejam considerados métodos-padrão, os métodos diretos exigem muito tempo e trabalho meticuloso para sua execução, sendo normalmente usados em laboratórios de análise de controle de qualidade, em pesquisas e para calibração dos métodos indiretos. Os principais são os métodos da estufa, destilação, infravermelho (ELIAS, 2003; SILVA et al., 2008) e evaporação (EDABO) (SILVA et al., 2008). 2.6.1.1.1 Estufa Elias (2009) ressalta que a determinação do grau de umidade dos grãos pelo método da estufa (sob pressão atmosférica ou a vácuo) é feita com base na secagem de uma amostra de grãos, de massa conhecida, calculando-se o teor de água através da massa perdida na operação de secagem. A razão entre a perda de massa da amostra retirada da estufa e sua massa original, multiplicada por 100, fornece o grau de umidade em porcentagem, em base úmida. O método de referência para a determinação da umidade de grãos deve ser o da estufa (BRASIL, 2013). O tempo de secagem da amostra e a temperatura da estufa são variáveis e dependem do tipo e das condições em que se encontra o produto e da estufa utilizada e devem ser observadas as normas técnicas para determinação de umidade de grãos, visto que este método é tido como método padrão (SILVA et al., 2008). Existem duas formas para a determinação da umidade dos grãos através do método da estufa, podendo ser sob pressão atmosférica ou a vácuo. 2.6.1.1.2 Estufa sob pressão atmosférica Segundo Elias (2009), este método consiste em pesar ao menos três amostras, entre 15 a 25 gramas de produto em cápsulas, previamente resfriadas em dessecador após uma hora em estufa, e colocá-las em estufa a 105±3 Cº, por 24 horas. Após este procedimento retirar as amostras e depositar em um dessecador, até que sua temperatura entre em equilíbrio com a temperatura ambiente, pesando- as a seguir. O resultado será a diferença entre a massa inicial de grãos menos a 37 agua subtraída da amostra. A Figura 10 mostraum modelo de estufa sob pressão atmosférica. Figura 10 - Estufa para determinação de umidade, sob pressão atmosférica Fonte: Galli, 2014b. O método de estufa, a 105 ± 3ºC, com circulação natural de ar, durante 24h, sem trituração da amostra, é o oficial para determinação do grau de umidade de grãos e sementes no Brasil (BRASIL, 2009). 2.6.1.1.3 Estufa a vácuo As amostras dos grãos são primeiramente moídas e colocadas em estufa a aproximadamente 100ºC, então são mantidas sob pressão de 25 mm de Hg, durante aproximadamente cinco horas. A seguir, elas são retiradas e, como nos processos anteriores, pesadas após atingirem a temperatura ambiente. A perda de peso representará a quantidade de água da amostra, ou seja, a diferença de peso da amostra inicial menos a massa total após os procedimentos, resultará na percentagem de umidade (ELIAS, 2009). 2.6.1.2 Destilação Silva et al. (2008) e Elias (2009) destacam que neste método a água é removida pela fervura dos grãos em banho de óleo vegetal ou em tolueno, cuja 38 temperatura de ebulição é muito superior à da água. O vapor d'água oriundo da amostra é condensado, recolhido e seu peso ou volume é determinado. Existem dois métodos de destilação para o caso de grãos, Tolueno e Brown-Duvel. 2.6.1.2.1 Tolueno Para Silva e Rufato (2001), Silva et al. (2008) e Elias (2009), neste método a amostra é moída, pesada (5 a 20 g) e após destilada em tolueno à temperatura de aproximadamente 110ºC, até perder toda a água. Tal operação dura cerca de duas horas e em muitos casos, o tolueno pode ser substituído pelo xileno, cujo ponto de ebulição é de aproximadamente 138ºC, contudo existe o inconveniente que ambos são materiais inflamáveis. A Figura 11 mostra o esquema do equipamento e seus componentes. Figura 11– Esquema do método de destilação em tolueno Fonte: Silva e Rufato (2001) e Silva et al. (2008). 2.6.1.2.2 Brown Duvel De acordo com Silva et al. (2008), este aparelho pode ser constituído por vários módulos e a umidade é determinada pelo processo de destilação, como no processo anterior, entretanto, diferente do método tolueno, não há necessidade de 39 moer a amostra. O tamanho da amostra, a temperatura e o tempo de exposição variam com o tipo de grão. Neste método a água é removida pelo aquecimento, até o ponto de ebulição, pela mistura de grãos e óleo vegetal, sendo que a temperatura de ebulição do óleo é muito superior à da água. O vapor d’água oriundo da destilação da amostra é condensado e seu volume determinado, definindo por este valor o grau de umidade. O Brown Duvel comercial (Figura 12) possui um sistema termométrico que desliga automaticamente a fonte de aquecimento quando o óleo atinge uma temperatura específica para cada tipo de produto (SILVA et al., 2008). Figura 12 - Determinador de umidade de grãos Brown Duvel Fonte: Silva et al. (2008). 2.6.1.2.3 EDABO Apesar dos vários tipos de determinadores de umidade (diretos ou indiretos) disponíveis no mercado, eles são, em geral, de custos relativamente altos e muitas das vezes os fornecedores não oferecem a devida assistência técnica. Como necessitam de calibração periódica, e por causa das dificuldades de operação e custo de um sistema-padrão, foi desenvolvido o método de determinação EDABO (Evaporação Direta da Água em Banho de Óleo), uma variação do método de 40 destilação, de baixo custo e de mesma precisão do método-padrão (SILVA e RUFATO, 2001; SILVA et al., 2008; ELIAS, 2009). Segundo Silva et al. (2008) e Elias (2009), este determinador pode ser construído com os recursos de uma carpintaria simples (Figura 13), ou ainda pode ser feito com auxílio de utensílios domésticos ou de laboratório, conforme Figura 14, sendo os equipamentos necessários: um termômetro até 200ºC; uma balança com capacidade para pesar 500 g com precisão de 0,5 g; óleo vegetal; um recipiente, podendo ser uma leiteira com capacidade para um litro, com resistência a altas temperaturas para depositar os grãos junto com o óleo; um aquecedor a álcool ou fogareiro convencional a gás. Figura 13 - Equipamento EDABO fabricado artesanalmente Fonte: Silva et al. (2008). Figura 14 - Equipamento EDABO com auxílio de utensílios domésticos Fonte: Silva et al. (2008). 41 2.6.1.2.3.1 Procedimento para determinação da umidade do grão pelo método EDABO Inicialmente deve se fazer amostragem correta do lote dos grãos a se determinar a umidade, em seguida, com o auxílio de uma balança de precisão pesar 100 g do grão e colocar em um recipiente com aproximadamente 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, resistente a altas temperaturas, dotado de tampa perfurada (tipo ralo), com um furo maior para inserir um termômetro graduado até 200°C. A seguir adicionar óleo de soja até cobrir a camada de grãos, quando este procedimento estiver terminado deve-se proceder a pesagem do recipiente, com o produto (grãos) mais óleo e o termômetro e anotar a massa inicial, que vai ser definida como Mi (ELIAS, 2009; SAMPAIO, 2010). Em seguida deve-se aquecer o conjunto, por aproximadamente 15 minutos, até atingir a temperatura indicada, como descrito no Quadro 5, pois cada grão tem uma temperatura adequada, para que a água livre seja evaporada. Após estes procedimentos, retirar a fonte de calor, esperar que cesse o borbulhamento e, por pesagem, obter a massa final (Mf). O resultado de Mi - Mf é o grau de umidade em porcentagem, em base úmida (ELIAS, 2009; SAMPAIO, 2010). Quadro 5 - Temperatura para determinação de umidade pelo método EDABO PRODUTO TEMPERATURA (Cº) Feijão 175 Arroz em casca 200 Arroz beneficiado 195 Milho 195 Sorgo 195 Soja 135 Trigo 190 Café em coco 200 Fonte: Adaptado de Silva et al. (2008) e Elias (2009). Conforme Fonseca (20--), a utilização deste método está sendo incentivada em municípios de Minas Gerais, através de demonstrações realizadas por parte de extensionistas rurais de órgão estadual de assistência técnica e extensão rural. 42 Segundo o autor os técnicos da Emater-MG, recomendam a utilização do equipamento devido ao baixo custo de aquisição. Para Silva et al. (2014), o método EDABO é simples e fácil de ser executado. 2.6.1.2.4 DUPEA O determinador de umidade por equivalência de água (DUPEA) foi desenvolvido por Silva et al. (1984). É de fácil construção e baixo custo (LUZ, BAUDET e TROGER, 1993). Para Santos, Freire e Prado (1985) neste método a determinação da umidade é feita retirando a água contida no produto, através de aquecimento em banho de óleo vegetal com temperaturas específicas para cada material. A diferença de massa da amostra é determinada em uma balança simples, pela reposição de certo volume de água equivalente ao removido durante o aquecimento, como mostra a Figura 15. Santos, Freire e Prado (1985), através da análise de regressão, constataram que a curva de calibração obtida no método DUPEA não diferiu do método padrão com estufa. Figura 15 - Determinador de umidade DUPEA Fonte: Santos, Freire e Prado (1985). 43 Conforme Luz, Baudet e Troger (1993), o método de destilação a óleo é tão confiável quanto os métodos que utilizam estufa, e por ser um método de baixo custo e de fácil construção, pode ser recomendado para calibrar os aparelhos eletrônicos. Entretanto conforme os autores o método DUPEA não possui confiabilidade para determinação de umidade de sementesde arroz, feijão e milho. 2.6.1.3 Métodos químicos Conforme Elias (2003), o método químico mais preciso é o Karl Fisher, mas, além desse podem ser citados o do Carbureto de Cálcio e do Dicromato. Entretanto, o alto custo para aquisição e o elevado tempo para determinação inviabiliza o seu uso por grande parte dos agricultores. 2.6.1.4 Métodos indiretos Moritz et al. (2012), esclarecem que os métodos indiretos utilizam as propriedades elétricas dos grãos, capacitância ou resistência, para a determinação do grau de umidade. Já para Silva et al. (2008), nestes incluem-se, principalmente, os métodos elétricos. Os equipamentos classificados nesta categoria utilizam uma propriedade do grão que varia com o seu grau de umidade e são sempre calibrados segundo um método direto adotado como padrão oficial. Devido a rapidez na determinação da umidade, os determinadores elétricos ou eletrônicos são usados no controle da secagem, da armazenagem e em transações comerciais dos grãos. O valor apresentado nos resultados por estes equipamentos é dado em base úmida, ou seja, mostra a relação percentual entre a quantidade de água e a massa total da amostra (SILVA et al., 2008). 2.6.1.4.1 Método de resistência elétrica Silva et al. (2008) e Elias (2009) relatam que a resistência ou condutividade elétrica de um material biológico varia com o seu teor de água. No caso de grãos, o 44 grau de umidade (U) é inversamente proporcional ao logaritmo da resistência que estes oferecem à passagem de uma corrente elétrica. Ainda de acordo com Silva et al. (2008), sabe-se que a resistência elétrica de um material varia de acordo com a temperatura e que, ao contrário dos metais, um aumento na temperatura promove diminuição da resistência elétrica no carbono. Como os grãos são constituídos basicamente desse material, quem for usar um determinador com base no princípio da resistência elétrica deve tomar alguns cuidados com a temperatura das amostras, pois temperatura alta resulta em uma baixa resistência elétrica, que por sua vez significa umidade elevada, pois poderão induzir a erros nas leituras. Portanto, torna-se necessário fazer a correção da temperatura e cada tipo de grão, num mesmo aparelho, deverá ser submetido a uma pressão específica, que é expressa nos catálogos dos equipamentos (Figura 16) (SILVA et al., 2008). Figura 16– Medidor de umidade universal com princípio de funcionamento por resistência elétrica dos grãos Fonte: Silva et al. (2008). 2.6.1.4.2 Método dielétrico (capacitância) As propriedades dielétricas dos grãos dependem, principalmente, de seu grau de umidade. A capacidade de um condensador é influenciada pelas características dos materiais colocados entre suas armaduras ou placas. Assim, determinando as 45 variações da capacidade elétrica do condensador, cujo dielétrico é representado por uma massa de grãos, pode-se indiretamente determinar seu teor de água. Estes equipamentos (como os exemplificados na Figura 17) são de fácil operação, entretanto de alto custo para aquisição (SILVA et al., 2008). Figura 17- Determinador de umidade Motomco, (a), Farmex, (b) pelo método dielétrico Fonte: Motomco Group (2014), (a), Farmex (2010) (b). Outros equipamentos também são utilizados, mas os mais comumente empregados são os que foram vistos até aqui. Como citado por Berwanger (2010), o alto custo para aquisição de determinadores de umidade é um dos fatores que dificultam a aquisição dos mesmos. Berwanger (2010), em estudo realizado em pequenas propriedades de agricultores familiares, comprovou que estes se utilizam de métodos empíricos para a determinação de umidade nos grãos, tanto para definir a hora da colheita, quanto para o armazenamento, acarretando sérios riscos e prejuízos aos produtores rurais. (a) (b) 46 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Local do experimento O trabalho foi realizado no Laboratório de Processamento de Grãos do Curso de Engenharia Agrícola da Universidade de Santa do Cruz (UNISC), Santa Cruz do Sul – RS. 3.2 Materiais 3.2.1 Amostras de grãos Foram coletadas amostras de arroz, feijão e milho em propriedades produtoras de Cerro Branco e Novo Cabrais, sendo que para cada cultura foi coletada uma amostra composta e cada produtor disponibilizou um tipo de grão. Além disso foi aplicado um questionário (Apêndice A), a fim de caracterizar os procedimentos usados por cada produtor para monitorar a umidade de colheita, a secagem e o armazenamento. Para cada tipo de grão foram necessários 2 quilogramas (kg) para que fosse suficiente aos procedimentos analíticos. Após a coleta estas foram identificadas e dispostas em embalagens PET. 3.2.2 Equipamentos e demais materiais utilizados Para a execução do experimento foram utilizados os seguintes equipamentos e materiais: Estufa marca Odontobras, modelo EL – 1.3, dessecadores e cápsulas de alumínio; Concha plástica para grãos; Termômetro digital portátil com 5 sensores Penta III, da marca Full Gauge; Balança de precisão marca Gehaka, modelo 1000, pesa de 0,50 g a 1.010g, com precisão de 0,01g; 47 Balança digital de cozinha SF-400 – capacidade de até 10 kg; graduação de 1 em 1 grama; diâmetro do prato de 14 cm; peso do equipamento 360 gramas; alimentação com 2 pilhas AA. Medidor de umidade marca Motomco 999FB, previamente calibrado; Quarteador utilizado para a homogeneização dos grãos marca Eagri. Para a montagem do determinador de umidade (EDABO): Tarros de alumínio, com capacidade de 2 litros com tampas e alças para suspensão; Óleo de soja; Termômetros, modelo digital espeto, capacidade de leitura de temperaturas entre -50ºC e 300ºC, com haste de aço inoxidável de 125 mm; Embalagens de leite em pó; Álcool; Estopa; Estrutura para suportar o peso do conjunto embalagem: Madeira com dimensões de 2x10x100 cm; Barra de ferro 3/8 com 1 metro. 3.3 MÉTODOS 3.3.1 Preparo das amostras As porções foram homogeneizadas em quarteador de amostras (Figura 18). 48 Figura 18 – Quarteador de amostras Fonte: Eagri (2012). 3.3.1.1 Determinação de matérias estranhas e impurezas das amostras de arroz Seguindo orientação de Brasil (2009), retiraram-se as matérias estranhas e impurezas utilizando-se peneira de crivos oblongos de 1,75 x 22,00mm, executando movimentos contínuos e uniformes durante 30 segundos. Ainda de acordo com Brasil (2009), os grãos em casca, inteiros ou quebrados, que vazaram na peneira foram considerados impurezas. As impurezas e matérias estranhas que ficaram retidas na peneira foram catadas manualmente e adicionadas às que vazaram na peneira. Para definir o percentual destes juntou-se o que foi considerado matéria estranha e impurezas (MEI) (BRASIL, 2009). 3.3.1.2 Determinação de matérias estranhas e impurezas das amostras de feijão Para a determinação das matérias estranhas e impurezas das amostras de feijão foi observado o que preconiza Brasil (2008) utilizando-se uma peneira de crivos circulares de 5,00mm de diâmetro executando movimentos contínuos e uniformes durante 30 segundos e observando-se os seguintes critérios: Com relação à separação das impurezas, o procedimento realizado foi a catação manual de películas, vagens, inclusive as vagens não debulhadas, e outras 49 partículas oriundas da cultura do feijoeiro que não eram grãos ou pedaços de
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