Ozonização de grãos de milho de pipoca: cinética de reação, controle de insetos, desinfecção fúngica e características de qualidade

Abstract

Os objetivos deste estudo foram: (i) Caracterizar a cinética de reação do gás ozônio aplicado em fluxo e a baixa pressão para controle de Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae) e inativação de Aspergillus flavus em milho de pipoca; e (ii) avaliar a qualidade dos grãos de milho de pipoca após exposição ao gás ozônio. O estudo foi realizado em três etapas. Na primeira etapa, foi caracterizada a cinética de reação do gás ozônio aplicado em fluxo para controle de S. zeamais. Para isso, amostras de 1,5 kg de grãos milho de pipoca foram expostas ao gás O 3 e ao oxigênio (controle) em uma vazão específica de 0,33 m 3 min -1 t -1 nas concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 . Na segunda etapa, determinou-se a eficácia do ozônio na inativação de A. flavus. Adotou-se a concentração de entrada de 16,0 mg L -1 , nas vazões específicas de 0,15 e 1,0 m 3 min -1 t -1 em 3 kg de grãos, nos períodos de exposição de 0; 6; 12; 24; 36 e 48 h, respectivamente. Na terceira etapa, determinou-se a cinética e decomposição do ozônio e eficácia do ozônio no controle de S. zeamais em sistema de injeção a baixa pressão. Para caracterizar a cinética de decomposição do gás ozônio a baixas pressões foi utilizada uma câmara hipobárica de volume igual a 70 L. Foram utilizadas amostras de 5,0 kg de grãos embalados em sacos de polipropileno trançado. A pressão interna da câmara foi reduzida para 250 hPa e o O 3 foi injetado nas concentrações de 5,0; 6,7; 8,5 e 13,0 mg L -1 até a pressão interna da câmara atingir 940 hPa. O decaimento da concentração de ozônio dentro da câmara e da embalagem foi monitorado. A qualidade do milho de pipoca foi avaliada, considerando-se o volume de expansão, teor de água, condutividade elétrica e cor dos grãos. O tempo de saturação para a massa de grãos de milho de pipoca com o gás ozônio para as concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 foi de 10; 3,1 e 2,1 h, respectivamente. Na segunda etapa, obteve-se os tempos de saturação para as vazões específicas de 0,15 e 1,0 m 3 min -1 t -1 de 3,59 e 0,88 h, respectivamente. A concentração de saturação, para a vazão específica de 0,15 m 3 min -1 t -1 , foi de 8,59 mg L -1 , enquanto que para a vazão específica de 1,0 m 3 min -1 t -1 a concentração de saturação foi de 15,44 mg L -1 . A cinética de decomposição do gás ozônio quando aplicado em fluxo ou em sistema de injeção a baixa pressão obedeceu ao modelo de primeira ordem para todas as concentrações estudadas. O tempo de meia-vida do gás O 3 na massa de grãos de milho de pipoca quando aplicado em fluxo para as concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 foi de 5,20; 6,22 e 5,56 min, respectivamente. Os tempos de meia vida do ozônio no sistema de injeção a baixa pressão variaram de 22,7 a 49,86 min dentro da embalagem e de 20,6 a 46,5 min no interior da câmara. As concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 foram letais aos insetos (S. zeamais) nos períodos de exposição correspondente a saturação, para cada concentração. A redução do percentual de infecção por A. flavus foi de 80%, decorridas 6 h de exposição ao gás ozônio para ambas as vazões específicas utilizadas. O gás ozônio aplicado em sistemas a baixa pressão, na concentração de 13,0 mg L -1 , controlou 94,45% dos insetos na massa de grãos. Pode-se concluir que o tratamento com gás ozônio foi eficiente no controle de insetos adultos de S. zeamais e na inativação de A. flavus em milho de pipoca. Foi possível concluir ainda com este estudo que a exposição dos grãos ao gás ozônio não alterou o volume de expansão, teor de água, condutividade elétrica e cor de forma que pudesse comprometer comercialmente a qualidade da pipoca. Palavras-chave: Armazenamento. Zea mays everta. Ozônio.

The objectives of this study were: (i) to characterize the reaction kinetics of ozone gas applied in flow and at low pressure in controlling Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae) and inactivation of Aspergillus flavus in popcorn kernels and (ii) to evaluate the quality of popcorn kernels after exposure to ozone gas. The study was carried out in three steps. In the first step, the reaction kinetics of ozone gas applied in flow in controlling S. zeamais was characterized. For this, samples of 1.5 kg of popcorn kernels were exposed to O 3 gas and oxygen (control) at a specific flow rate of 0.33 m 3 min -1 t -1 at concentrations of 0.5; 2.2 and 4.5 mg L -1 . In the second step, the efficiency of ozone in the inactivation of A. flavus was determined. The inlet concentration of 16.0 mg L -1 was adopted, at the specific flow rates of 0.15 and 1.0 m 3 min -1 t -1 in 3 kg of kernels, in the exposure periods of 0; 6; 12; 24; 36 and 48 h, respectively. In the third step, the kinetics and decomposition of ozone were determined as well as ozone efficiency in the control of S. zeamais in a low pressure injection system. To characterize the decomposition kinetics of ozone gas at low pressures, a hypobaric chamber with a volume equal to 70 L was used. Samples of 5.0 kg of kernels packed in braided polypropylene bags were used. The chamber's internal pressure was reduced to 250 hPa and O 3 was injected at concentrations of 5.0; 6.7; 8.5 and 13.0 mg L -1 until the internal pressure of the chamber reached 940 hPa. The decay of the ozone concentration inside the chamber and the package was monitored. The quality of popcorn kernels was evaluated, considering the expansion volume, water content, electrical conductivity and kernel color. The saturation time for the popcorn kernel mass with ozone gas for concentrations of 0.5; 2.2 and 4.5 mg L -1 was 10; 3.1 and 2.1 h, respectively. In the second step, the saturation times that were obtained for the specific flow rates of 0.15 and 1.0 m 3 min -1 t -1 were 3.59 and 0.88 h respectively. The saturation concentration, for the specific flow rate of 0.15 m 3 min -1 t -1 , was 8.59 mg L -1 , while for the specific flow rate of 1.0 m 3 min -1 t -1 , the concentration saturation was 15.44 mg L -1 . The decomposition kinetics of ozone gas when applied in flow or in a low pressure injection system followed the first order model for all concentrations studied. The half-life of O 3 gas in the mass of popcorn kernels when applied in flow at concentrations of 0.5; 2.2 and 4.5 mg L -1 was 5.20; 6.22 and 5.56 min, respectively. The half-life of ozone in the low pressure injection system ranged from 22.7 to 49.86 min inside the package and from 20.6 to 46.5 min inside the chamber. Concentrations of 0.5; 2.2 and 4.5 mg L -1 were lethal to insects (S. zeamais) in the exposure periods corresponding to saturation, for each concentration. The reduction in the percentage of infection by A. flavus was 80%, after 6 h of exposure to ozone gas for both specific flow rates used. The ozone gas applied in low pressure systems, at a concentration of 13.0 mg L -1 , controlled 94.45% of the insects in the kernel mass. It can be concluded that the treatment with ozone gas was efficient in controlling adult insects of S. zeamais and in the inactivation of A. flavus in popcorn kernel. It was also possible to conclude with this study that the exposure of kernels to ozone gas did not change the expansion volume, water content, electrical conductivity and kernel color in a way that could commercially compromise the quality of the popcorn. Keywords: Storage. Zea mays everta. Ozone.