Mathematical models for the drying process of king-palm shells biomass colonized by shiitake mycelium

Authors

DOI:

https://doi.org/10.6008/CBPC2179-6858.2022.005.0011

Keywords:

Dehydration, Drying curve, Mathematical models, Basidiomycete fungus, Agro-industrial waste

Abstract

To obtain the heart-of-palm in the king-palm (Archontophoenix cunninghamiana) processing there are solid wastes generation such as the shells, which causes environmental damage if inadequately disposed of. These shells are nutritiously attractive to feed and when they are colonized by edible basidiomycete fungi it could result in the value addition through the generation of products for human consumption. This study proposed the mathematical-modeling fitting to the experimental values in function of temperature on the drying time of a biomass containing the king-palm shells colonized by the fungus Lentinula edodes mycelia, also known as Shiitake mushroom. The substrate colonization process was conducted in a solid-state fermentation system (SSF) at 25 °C for 40 days. The resulting biomass was utilized for the drying kinetics study in a convective oven, constructing the drying curves for the 35, 50, and 65 °C temperatures, and subsequent fitting of empirical and semi-empirical mathematical models to the experimental data of the drying process. The equilibrium moisture and the drying times resulted, respectively, 205 minutes and 0.22% to 35 °C, 145 minutes and 0.28% to 50 °C, and 115 minutes and 0.12% to 65 °C. Ten mathematical models were tested and all of them presented adjustments to the experimental curves, however, the ones that represented more satisfactorily the moisture loss during the drying time were the Modified Midilli-Kucuk model, the Two-term model, and the Logarithmic model (R²=0,998) to 65 °C (temperature selected as the best for the studied process). At the end of the study, the dried biomass was ground and generates a flour, which the analysis indicated similar nutritional values, independently of the drying temperature. Therefore, the transformation of heart-of-palm shells under the proposed conditions brings that it could obtain a future diet product besides that the sustainable practices applied to the production chain of the king-palm could result in the decreasing an environmental passive.

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Author Biographies

Thaynã Gonçalves Timm, Universidade Regional de Blumenau

Atualmente é aluna de Doutorado no Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental (PPGEA) da Universidade Regional de Blumenau (FURB), bolsista Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), realizando pesquisa de doutorado no Laboratório de Engenharia de Biomassas (Lebio) da FURB, em parceria com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) Unidade Florestas (Colombo/PR) - Embrapa Florestas. Mestre em Engenharia Ambiental pelo PPGEA da FURB, bolsista Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina (FAPESC), realizando pesquisa de mestrado no Lebio/FURB, em parceria com a Embrapa Florestas (2018-2020). Formada em Engenharia Química pela FURB (2012-2017). Foi bolsista de iniciação científica/estagiária do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Embrapa Florestas, no período de 2013 a 2016. Tem experiência em análise de combustíveis e está adquirindo experiência em engenharia de bioprocessos, desenvolvendo processos e produtos com uso de biomassa lignocelulósica para aplicações biotecnológicas nas áreas ambiental e de alimentos, com fungos filamentosos. 

William Ferreira Weise, Universidade Regional de Blumenau

Possui ensino-medio-segundo-graupela Bom Jesus Santo Antônio(2017). Tem experiência na área de Engenharia Química. 

Matheus Samponi Tucunduva Arantes, Embrapa Unidade Florestas

Doutorando em Engenharia de Alimentos pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) e Bolsista de Desenvolvimento Tecnológico Industrial (CNPq - Nível B), Mestre em Engenharia de Alimentos (UFPR) e graduado em Engenharia Química (UFPR), tem trabalhado com pesquisas na área de desenvolvimento e otimização de reatores para a produção de nanopartículas de carbonato de cálcio. Possui experiência na área de reaproveitamento de resíduos e de separação e purificação de compostos via adsorção.

Cristiane Vieira Helm, Embrapa Unidade Florestas

Possui graduação em Química Industrial pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná (1988), mestrado e doutorado em Ciência de Alimentos pela Universidade Federal de Santa Catarina (1997) (2004). Atualmente é Pesquisadora A da Embrapa Florestas - Colombo/PR. Responsável pelo Laboratório de Tecnologia de Produtos Florestais Não Madeiráveis da Embrapa Florestas, co-orienta alunos de Iniciação Científica, Mestrado e Doutorado.Tem experiência na área de Ciência e Tecnologia de Alimentos, com ênfase em Alimentos Funcionais e para fins especiais, Desenvolvimento de novos produtos, Composição química e nutricional, Compostos bioativos, atividade antioxidanre, Aproveitamento de resíduos agroindustriais, Fermentação e produção de enzimas por macrofungos. Atuando principalmente nos seguintes temas: Produtos Florestais como erva-mate, pinhão, frutas nativas, pupunha e cogumelos.

Lorena Benathar Ballod Tavares, Universidade Regional de Blumenau

Com doutorado em Tecnologia Bioquímico-Farmacêutica na área de Tecnologia de Fermentações pela Universidade de São Paulo/USP, mestrado em Ciência dos Alimentos pela Universidade Federal de Lavras/UFLA e graduação em Farmácia com habilitação em Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Santa Catarina/UFSC, é credenciada desde 1999, como docente permanente no Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental da Fundação Universidade Regional de Blumenau (FURB). Coordena projetos de PD&I junto ao grupo de pesquisa Desenvolvimento de Processos e Produtos das áreas Farmacêutica, Ambiental e de Alimentos com uso de Biomassa, vinculado ao CNPq. Responsável pelo Laboratório de Engenharia de Biomassas da FURB, orienta alunos de Iniciação Científica, Mestrado e Doutorado, e supervisiona estágios em nível de Pós-Doutorado. Bolsista de Produtividade Desen. Tec. e Extensão Inovadora do CNPq, tem experiência em processos biológicos nas seguintes áreas de atuação: Aplicações biotecnológicas nas áreas ambiental, farmacêutica e de alimentos com leveduras e fungos basidiomicetos; Tratamento de efluentes coloridos e degradação biológica; Transformação de biomassa em energia e compósitos. 

Published

2022-07-02

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