Análise das condições térmicas do processamento da erva-mate

Vieira, Manoela Alano; Maraschin, Marcelo; Amboni, Renata Dias de Mello Castanho; Prudêncio, Elane Schwinden; Pagliosa, Cristiane Manfé; Mantelli, Marcia Barbosa Henriques; Amante, Edna Regina

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FOOD TECHNOLOGY • Cienc. Rural 53 (10) • 2023 • https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20220178 copiar

Análise das condições térmicas do processamento da erva-mate

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

RESUMO:

A Ilex paraguariensis é uma espécie nativa do Brasil, Paraguai e Argentina, valorizada por seus efeitos positivos na saúde humana. O processamento do mate consiste nas seguintes etapas: pré-secagem (secagem rápida em alta temperatura, conhecida como operação de sapeco), secagem e moagem. A fim de verificar o atual processo e propor melhorias futuras no processamento de mate, foram aplicadas análises térmicas e de balanço de massa em unidades industriais de processamento de mate. Os resultados mostraram que o consumo de energia nas operações de sapeco e secagem supera o aporte calorífico necessário para essas operações. Esses resultados comprovam a necessidade de uma mudança no gerenciamento das temperaturas nas etapas de sapeco e secagem do processamento da erva-mate, a fim de otimizar o consumo de energia, resultando em menores custos, com efeitos positivos na qualidade dos produtos da erva-mate.

Palavras-chave:
mate; Ilex paraguariensis; processamento; balanço de massa; temperatura.

Autoria

Manoela Alano Vieira

Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), 88034-000, Florianópolis, SC, Brasil..Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC),BrazilFlorianópolis, SC, BrazilDepartamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), 88034-000, Florianópolis, SC, Brasil..

https://orcid.org/0000-0002-8457-2959

Marcelo Maraschin

Departamento de Fitotecnia, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, Brasil.Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)BrazilFlorianópolis, SC, BrazilDepartamento de Fitotecnia, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, Brasil.

https://orcid.org/0000-0002-4146-4835

Renata Dias de Mello Castanho Amboni

https://orcid.org/0000-0002-6467-3760

Elane Schwinden Prudêncio

https://orcid.org/0000-0001-6060-3864

Cristiane Manfé Pagliosa

https://orcid.org/0000-0002-0553-4621

Marcia Barbosa Henriques Mantelli

Departamento de Engenharia Mecânica, Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, Brasil.Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)BrazilFlorianópolis, SC, BrazilDepartamento de Engenharia Mecânica, Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC, Brasil.

https://orcid.org/0000-0002-6276-8993

Edna Regina Amante ^*E-mail: e.amante@ufsc.br. *Corresponding author

https://orcid.org/0000-0001-9593-5674

E-mail: e.amante@ufsc.br. ^*Corresponding author

Leandro Souza da Silva (0000-0002-1636-6643) Melissa Walter (0000-0003-0535-0352)

DECLARATION OF CONFLICT OF INTEREST

The authors declare no conflict of interest.

AUTHORS’ CONTRIBUTIONS

All authors contributed equally for the conception and writing of the manuscript. All authors critically revised the manuscript and approved of the final version.

SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Figuras | Tabelas

Figuras (3)
Tabelas (3)

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Figure 1
Flowchart of the main stages of the mate industrialization process. Adapted from Valduga (1995).

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Figure 2
Temperature monitoring points in the mate processing stages (1 - internal wall of sapecador furnace; 2 - external wall of sapecador furnace; 3 - sapecador flame temperature; 4 - External wall of drum next to furnace; 5 - middle of external wall of drum; 6 - near end of external wall of drum; 7 - separator lid; 8 - mate at exit of sapecador; 9 - internal wall of drier furnace; 10 - external wall of drier furnace; 11 - drier flame temperature; 12 - external wall of drum next to drier furnace; 13 - middle of external wall of drum drier; 14 - near end of external wall of drum; 15 - separator l.

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Figure 3
Main stages of mate processing. 3A - Mate reception area; 3B and 3C - mate entering the process; 3D e 3E - mate sapeco; 3F e 3G - mate drying; 3H - external view of the sapecador and mate dryer; 3I - mate crushing.

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Table 1
Estimate of thermal yield for the mate sapeco and drying processes of four processing units located in the municipality of Catanduvas.

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Table 2
Temperatures (oC) during the processing (sapeco and drying) of mate at the processing units in the municipality of Catanduvas (Santa Catarina State, Brazil).

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Table 3
Temperatures prevailing during the mate sapeco process, evaluated with the aid of a thermographic camera, in the four mate processing units studied.

Figure 1 Flowchart of the main stages of the mate industrialization process. Adapted from Valduga (1995).

Figure 2 Temperature monitoring points in the mate processing stages (1 - internal wall of sapecador furnace; 2 - external wall of sapecador furnace; 3 - sapecador flame temperature; 4 - External wall of drum next to furnace; 5 - middle of external wall of drum; 6 - near end of external wall of drum; 7 - separator lid; 8 - mate at exit of sapecador; 9 - internal wall of drier furnace; 10 - external wall of drier furnace; 11 - drier flame temperature; 12 - external wall of drum next to drier furnace; 13 - middle of external wall of drum drier; 14 - near end of external wall of drum; 15 - separator l.

Figure 3 Main stages of mate processing. 3A - Mate reception area; 3B and 3C - mate entering the process; 3D e 3E - mate sapeco; 3F e 3G - mate drying; 3H - external view of the sapecador and mate dryer; 3I - mate crushing.

Table 1 Estimate of thermal yield for the mate sapeco and drying processes of four processing units located in the municipality of Catanduvas.

		----------------Mate Processing Units---------------
		A	B	C	D
-----------------------------------------------------Data to calculate thermal yieldA--------------------------------------------------------------
Processing of crude mate	kg/h	1200	1300	1100	1200
Mate delivered for packaging	kg/h	400	433	330	400
Wood yield per ton of raw mate (st)	m³ / ton	1	1	1	1
% wood consumed during sapeco	%	70	70	70	70
% wood consumed during drying	%	30	30	30	30
Weight per m³ of pine (st)	kg/m³	400	400	400	400
Moisture content of pine on a wet basisB	%	20	20	20	20
Low calorific power (LCP) of pineC	kJ/kg	17000	17000	17000	17000
Moisture content of leaf on a wet basisD	%	58	58	58	58
Moisture content of ready mate D	%	6	6	6	6
------------------------------------------------------------------Evaluation of thermal yield-----------------------------------------------------------------
Power consumed in sapeco and drying	kW	2133	2502	1603	2133
Evaporated water mass	kg/h	667	722	611	667
Latent heat of water vaporization	kJ/kg	2440	2440	2440	2440
Useful heat for water evaporation	kW	452	490	414	452
Power percentual for water evaporation (drying)^*	%	21	20	26	21

st: estimated value; A: Data obtained from interviewing collaborators, coordinators and owners of four mate processing units in the municipality of Catanduvas. B: Source: SANTINI & MATOS (1995SANTINI, E. J.; MATOS, J. L. M. Relação entre resistência elétrica, temperatura e teor de umidade para madeira de Pinus elliottii Engelm submetida a diferentes temperaturas de secagem: resultados preliminares. Ciência Florestal, v.5, p.139-154, 1995. Available from: <Available from: https://doi.org/10.5902/19805098317 >. Accessed: Mar. 02, 2016. doi: 10.5902/19805098317.
https://doi.org/10.5902/19805098317... ), C : Source: QUIRINO et al. (2005QUIRINO, W. F. et al. Poder calorífico da madeira e de materiais ligno-celulósicos. Revista da Madeira, v.89, p.100-106, 2005.), D: Source: BASTOS et al. (2006BASTOS, D. H. M. et al. Bioactive compounds content of chimarrão infusions related to the moisture of Yerba Maté(Ilex paraguariensis) Leaves. Brazilian Archives of Biology and Technology, v.49, n.3, p.399-404, 2006. Available from: <Available from: https://www.scielo.br/j/babt/a/S97qsZGbhWFQHVzk4JsmDbM/?format=pdf⟨=en >. Accessed: May, 25, 2016. doi: 10.1590/S1516-89132006000400007.
https://www.scielo.br/j/babt/a/S97qsZGbh... ).
(^*) Percentage of power corresponding to drying (obtained from power consumed in sapeco and drying).

Table 2 Temperatures (oC) during the processing (sapeco and drying) of mate at the processing units in the municipality of Catanduvas (Santa Catarina State, Brazil).

		Unit A	Unit B
		------------Temperature (^oC) ------------
------------------------------------------------------------Furnace and rotary drum for sapeco-------------------------------------------------------------		------------Temperature (^oC) ------------
1	Internal wall of furnace	540	560
2	External wall of furnace	60	60
3	Flame temperature	800	800
4	External wall of drum next to furnace	270	280
5	Middle of external wall of drum	150	160
6	Near end of external wall of drum	100	110
7	Separator lid	50	54
8	Temperature of mate at exit of sapecador	35	37
--------------------------------------------------------------Furnace and rotary drum for drying------------------------------------------------------------
9	Internal wall of furnace	350	370
10	External wall of furnace	40	40
11	Flame temperature	500	500
12	External wall of drum next to furnace	90	97
13	Middle of external wall of drum	85	87
14	Near end of external wall of drum	80	82
15	Separator lid	32	32
16^*	Temperature of mate at exit	54	56

(^*) Point not presented in Figure 2, temperature of the mate leaf.

Table 3 Temperatures prevailing during the mate sapeco process, evaluated with the aid of a thermographic camera, in the four mate processing units studied.

		-------------------------------Unit-------------------------------
		--------A--------	--------B--------	--------C--------	--------D--------
		---------------------------------Temperatures (°C)---------------------------------
-------------------------------------------------------------Furnace and rotary drum for sapeco------------------------------------------------------------
1	Internal wall of furnace	810	987	890	880
2	Object or extremity subject to the flame temperature	540	575	560	620
3	External wall of furnace	50	50	50	50
4	Flame temperature	1030	1040	1070	1100
5	External wall of drum next to furnace	180	250	265	200
6	Middle of external wall of drum	120	150	115	150
7	Near end of external wall of drum	100	120	100	100

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[1] E-mail: e.amante@ufsc.br. ^*Corresponding author