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Influence of Ultrasound Pretreatment on the Infrared Drying Kinetics and Quality Attributes of Mallow Leaves

Este estudo demonstra que o pré-tratamento de folhas de malva com ultrassom aumenta significativamente a eficiência da secagem por infravermelho ao aumentar a difusividade efetiva da umidade e reduzir a energia de ativação e o consumo de energia específica, ao mesmo tempo em que melhora a cor e a qualidade de reidratação do produto final.

Autores originais: Abolfazl Akhoundzadeh Yamchi, Maziar Feizolahzadeh, Adel Hosainpour, Adel Rezvanivand Fanaei, Ariga Moradians

Publicado 2026-09-04

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CC BY 4.0

Autores originais: Abolfazl Akhoundzadeh Yamchi, Maziar Feizolahzadeh, Adel Hosainpour, Adel Rezvanivand Fanaei, Ariga Moradians

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

Preservar a abundância da colheita é um dos desafios mais antigos da humanidade. Ervas e vegetais frescos são ricos em nutrientes e sabor, mas também são frágeis; seu alto teor de água os torna propensos à deterioração rápida, limitando quanto tempo podem ser armazenados ou o quão longe podem viajar. Para estender sua vida útil, as pessoas recorrem há muito tempo à secagem, um processo que remove a água para interromper a decomposição. No entanto, a secagem tradicional muitas vezes depende de calor intenso, o que pode agir como uma faca de dois gumes. Embora remova a umidade, o calor também pode degradar as próprias coisas que tornam a planta valiosa: sua cor verde vibrante, seus delicados compostos medicinais e sua capacidade de reabsorver água posteriormente, quando necessário. Cientistas estão agora explorando maneiras de secar essas plantas sensíveis de forma mais rápida e suave, buscando métodos que acelerem a remoção de água sem submeter a planta a temperaturas prejudiciais por muito tempo. Uma abordagem promissora envolve o uso de ondas sonoras antes do início da secagem, uma técnica que altera sutilmente a estrutura interna da planta para ajudar a água a escapar mais facilmente.

Em um estudo recente, pesquisadores da Universidade de Urmia, no Irã, investigaram essa abordagem usando folhas de malva, uma erva medicinal comum conhecida por suas propriedades anti-inflamatórias e alto teor de vitaminas e antioxidantes. A equipe queria ver se o tratamento das folhas frescas com ultrassom — um tipo de som de alta frequência — antes de secá-las com calor infravermelho melhoraria o produto final. Eles estabeleceram um experimento controlado onde pegaram folhas frescas de malva e as submeteram ao ultrassom por diferentes períodos de tempo: nenhum, cinco minutos ou dez minutos. Após esse tratamento, as folhas foram colocadas em um secador de infravermelho, que utiliza calor radiante semelhante ao calor sentido do sol, em três temperaturas diferentes: 40, 45 e 50 graus Celsius. O objetivo era secar as folhas até que atingissem um nível específico de baixa umidade, enquanto monitoravam cuidadosamente quanto tempo levava, quanta energia era usada e como a qualidade das folhas mudava.

Os resultados revelaram um padrão claro e benéfico. A combinação de pré-tratamento por ultrassom e calor infravermelho acelerou significativamente o processo de secagem. As folhas que receberam o tratamento de ultrassom mais longo e foram secas na temperatura mais alta terminaram o processo muito mais rápido do que aquelas que não receberam tratamento sonoro ou foram secas em temperaturas mais baixas. Essa aceleração ocorreu porque as ondas de ultrassom criaram minúsculos canais e interrupções dentro da estrutura celular da folha, essencialmente abrindo caminhos para que a água se movesse para a superfície mais rapidamente. Como a água podia escapar mais rápido, as folhas passaram menos tempo expostas ao calor, o que é crucial para preservar sua qualidade. Os pesquisadores mediram a energia necessária para remover cada quilograma de água e descobriram que o método mais eficiente — usando a temperatura mais alta e o tratamento de ultrassom mais longo — consumiu a menor quantidade de energia, especificamente 33,81 quilowatt-hora por quilograma.

Além da velocidade e da energia, o estudo mostrou que este método ajudou a manter a qualidade visual e funcional das folhas de malva. A secagem em temperaturas mais baixas combinada com o tratamento de ultrassom resultou em folhas que retiveram mais de sua cor verde natural e sofreram menos escurecimento, um sinal comum de degradação em ervas secas. As folhas também provaram ser melhores em reabsorver água quando mergulhadas posteriormente, um indicador fundamental de quão bem a estrutura da planta sobreviveu ao processo de secagem. As folhas tratadas com ultrassom por dez minutos e secas a 50 graus Celsius mostraram a melhor capacidade de reidratação, sugerindo que as ondas sonoras ajudaram a criar uma estrutura mais porosa que poderia absorver água facilmente de novo. Os pesquisadores também observaram a termodinâmica do processo, que descreve as mudanças de energia envolvidas no movimento da água para fora da planta. Eles descobriram que o tratamento por ultrassom reduziu a barreira energética necessária para remover a água, tornando o processo mais eficiente.

O estudo concluiu que o uso de ultrassom antes da secagem por infravermelho é uma estratégia altamente eficaz para preservar ervas medicinais como a malva. Oferece uma maneira de secar as folhas rapidamente e com menos energia, enquanto protege sua cor, valor nutricional e capacidade de ser reconstituída posteriormente. Os pesquisadores identificaram um conjunto ideal de condições para este processo: secagem a aproximadamente 49 graus Celsius após um tratamento de ultrassom de dez minutos. Esta abordagem fornece uma solução prática e escalável para processadores de alimentos e fabricantes de ervas que precisam produzir produtos secos de alta qualidade sem os custos excessivos de energia ou a perda de qualidade associados aos métodos de secagem tradicionais. Ao compreender como as ondas sonoras podem preparar gentilmente os tecidos vegetais para a secagem, esta pesquisa abre as portas para formas mais sustentáveis e eficientes de preservar os valiosos recursos botânicos do mundo.

Resumo Técnico: Influência do Pré-tratamento por Ultrassom na Cinética de Secagem por Infravermelho e nos Atributos de Qualidade de Folhas de Malva

Problema
As folhas frescas de malva (Malva sylvestris) são altamente perecíveis devido ao alto teor de umidade, o que leva a perdas pós-colheita significativas (25–30%) e limita sua comercialização. Embora a secagem seja um método primário de preservação, as técnicas convencionais frequentemente expõem os tecidos vegetais a um estresse térmico prolongado, degradando compostos bioativos termossensíveis e comprometendo qualidades sensoriais como cor e capacidade de reidratação. Embora a secagem assistida por ultrassom tenha mostrado promessa em outros contextos, há uma escassez de pesquisas que abordem especificamente os efeitos combinados do pré-tratamento por ultrassom e da secagem por infravermelho (IV) em folhas de malva, particularmente em relação à cinética de secagem, parâmetros termodinâmicos e consumo de energia específica (SEC).

Metodologia
O estudo investigou os efeitos da duração do pré-tratamento por ultrassom (0, 5 e 10 minutos) e das temperaturas de secagem por infravermelho (40, 45 e 50 °C) no comportamento de secagem e na qualidade das folhas de malva.

Configuração Experimental: As folhas frescas foram pré-tratadas com um sistema de ultrassom aéreo (20 kHz, 20 kW) e, posteriormente, secas em um secador de IV em escala laboratorial equipado com quatro lâmpadas halógenas de infravermelho próximo de 250 W.
Controle do Processo: A secagem continuou até que o teor de umidade atingisse 10% (base úmida). O teor de umidade foi monitorado em intervalos de 20 minutos.
Avaliação de Qualidade: Os atributos principais incluíram parâmetros de cor (L*, a*, b*, croma, diferença de cor total $\Delta E$ e índice de escurecimento), razão de reidratação (RR) a 25 °C e 65 °C, e consumo de energia específica (SEC).
Modelagem e Análise: A difusividade efetiva de umidade ( $D_{eff}$ ) foi calculada usando a segunda lei de Fick. A energia de ativação ( $E_a$ ) e as propriedades termodinâmicas (entalpia $\Delta H$ , entropia $\Delta S$ e energia livre de Gibbs $\Delta G$ ) foram derivadas da relação de Arrhenius e de equações termodinâmicas padrão. A análise estatística foi realizada por meio de ANOVA de duas vias e Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) para otimização.

Principais Resultados

Cinética de Secagem: Tanto o aumento da temperatura de secagem quanto o prolongamento do tempo de pré-tratamento por ultrassom reduziram significamente o tempo total de secagem. O efeito sinérgico de temperaturas de IV mais altas e maior tempo de sonicação acelerou a remoção de umidade ao aumentar a transferência de massa interna.
Difusividade de Umidade e Energia de Ativação: A difusividade efetiva de umidade ( $D_{eff}$ ) aumentou com temperaturas mais altas e maior exposição ao ultrassom, variando de $2,39 \times 10^{-7}$ a $8,68 \times 10^{-7} \text{ m}^2\text{s}^{-1}$ . Inversamente, a energia de ativação ( $E_a$ ) diminuiu de 86,32 para 73,73 kJ mol $^{-1}$ conforme o tempo de pré-tratamento por ultrassom aumentou, indicando que o ultrassom reduziu a barreira energética para a migração de umidade.
Atributos de Qualidade:
- Cor: A degradação da cor (aumento de $\Delta E$ e do índice de escurecimento) foi mais pronunciada em temperaturas mais altas e tempos de ultrassom mais curtos. A melhor preservação da cor (maior croma, menor $\Delta E$ e índice de escurecimento) foi alcançada a 40 °C com 10 minutos de ultrassom.
- Reidratação: A maior razão de reidratação foi observada em amostras secas a 50 °C com 10 minutos de pré-tratamento por ultrassom e reidratadas a 65 °C, sugerindo que as mudanças microestruturais induzidas pelo ultrassom (microcanais) facilitaram a absorção de água.
Termodinâmica: A entalpia ( $\Delta H$ ) e a entropia ( $\Delta S$ ) diminuíram com o aumento da temperatura e do tempo de ultrassom, enquanto a energia livre de Gibbs ( $\Delta G$ ) aumentou. Os valores consistentemente positivos de $\Delta G$ confirmaram que o processo de secagem é não espontâneo e requer energia externa contínua.
Eficiência Energética: O menor consumo de energia específica (SEC = 33,81 kWh kg $^{-1}$ ) foi registrado na maior temperatura de secagem (50 °C) combinada com o maior tempo de pré-tratamento por ultrassom (10 min).

Otimização
Utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta, o estudo identificou as condições ideais de processamento equilibrando tempo de secagem, consumo de energia e qualidade. O ótimo previsto foi uma temperatura de secagem por infravermelho de 49,27 °C combinada com um pré-tratamento por ultrassom de 10 minutos. Sob estas condições, o modelo previu um tempo de secagem de 61,88 minutos, um SEC de 33,81 kWh kg $^{-1}$ , e maximizou a capacidade de reidratação e a difusividade efetiva.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo fornece uma ligação quantitativa entre a intensidade do pré-tratamento, o comportamento de secagem, a demanda de energia e a evolução termodinâmica em folhas de malva. A principal contribuição é demonstrar que o pré-tratamento por ultrassom antes da secagem por infravermelho melhora significativamente tanto a eficiência quanto a qualidade das folhas de malva secas. Especificamente, a integração destas tecnologias:

Acelera a Secagem: Reduz o tempo de secagem e o consumo de energia específica ao criar microcanais e romper as paredes celulares, reduzindo assim a resistência à transferência de massa interna.
Preserva a Qualidade: Mitiga a degradação térmica de pigmentos e compostos bioativos, oferecendo uma solução escalável para a produção de ervas medicinais de alta qualidade e processamento mínimo.
Oferece Diretrizes Práticas: As condições ideais identificadas fornecem uma janela operacional viável para a indústria aumentar a vida útil do produto e atender à demanda dos consumidores por produtos saudáveis e energeticamente eficientes.

O artigo conclui que a secagem por infravermelho assistida por ultrassom é uma estratégia promissora e energeticamente eficiente para o processamento de ervas medicinais termossensíveis, embora observe que investigações adicionais são necessárias para validar a escalabilidade em níveis piloto ou industriais.

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