RESSALVA 

Atendendo solicitação do autor, 
o texto completo desta tese será
disponibilizado somente a partir

de 23/05/2026 



ANDRÉ LUIZ BORGES MACHADO 

Isotermas de sorção, cinética de secagem e propriedades 

termodinâmicas de plantas alimentícias não convencionais 

São José do Rio Preto 

 2024 



 

 

 

 

ANDRÉ LUIZ BORGES MACHADO 

 

 

 

 

 

ISOTERMAS DE SORÇÃO, CINÉTICA DE SECAGEM E 

PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DE PLANTAS 

ALIMENTÍCIAS NÃO CONVENCIONAIS 

 

 

Tese apresentada como parte dos requisitos 

para obtenção do título de Doutor em 

Engenharia e Ciência de Alimentos, junto ao 

Programa de Pós-Graduação em Alimentos, 

Nutrição e Engenharia de Alimentos, do 

Instituto de Biociências, Letras e Ciências 

Exatas da Universidade Estadual Paulista 

“Júlio de Mesquita Filho”, Câmpus de São 

José do Rio Preto. 

 

Financiadoras: CAPES (001), CNPq 

(314459/2021-9) e FAPESP (2022/05272-8) 

 

 

 

Orientador: Prof. Dr. Javier Telis Romero 

Coorientadora: Profª. Drª. Priscila Alonso dos Santos 

Coorientadora: Profª. Drª. Guadalupe Luna Solano 

 

 

 

 

São José do Rio Preto 

 2024 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



André Luiz Borges Machado 

ISOTERMAS DE SORÇÃO, CINÉTICA DE SECAGEM E 

PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DE PLANTAS ALIMENTÍCIAS 

NÃO CONVENCIONAIS 

Tese apresentada como parte dos requisitos 

para obtenção do título de Doutor em 

Engenharia e Ciência de Alimentos, junto ao 

Programa de Pós-Graduação em Alimentos, 

Nutrição e Engenharia de Alimentos, do 

Instituto de Biociências, Letras e Ciências 

Exatas da Universidade Estadual Paulista 

“Júlio de Mesquita Filho”, Câmpus de São 

José do Rio Preto. 

Financiadoras: CAPES (001), CNPq 

(314459/2021-9) e FAPESP (2022/05272-8) 

Orientador: Prof. Dr. Javier Telis Romero 

Coorientadora: Profª. Drª. Priscila Alonso dos Santos 

Coorientadora: Profª. Drª. Guadalupe Luna Solano 

COMISSÃO EXAMINADORA 

Prof. Dr. Javier Telis Romero 

(Presidente / Orientador – DETA/IBILCE) 

Profª. Drª. Fernanda Ferreira Freitas 

(IQ/UFG – Câmpus Samambaia) 

Prof. Dr. Osvaldo Resende 

(IF Goiano – Câmpus Rio Verde) 

Drª. Bianca Guimarães 

(DETA/IBILCE) 

São José do Rio Preto 

23 de maio 2024 



DEDICATÓRIA 

Dedico este trabalho aos meus pais, Lauro e Divina 

Márcia e à minha irmã, Laura. Dedico também, a todos 

aqueles que contribuíram de certa forma para que eu 

chegasse até aqui. 



 

 

 

 

AGRADECIMENTOS 

Primeiramente, a Deus e a Meishu-Sama pela sabedoria, calma e luz recebida para que 

eu pudesse chegar até aqui.  

Aos meus pais, Lauro e Divina Márcia, e minha irmã Laura pela confiança, carinho, por 

nunca duvidarem do meu potencial e serem o meu combustível para lutar durante toda essa 

caminhada que chamamos de vida. 

 Ao meu estimado orientador Prof. Dr. Javier Telis Romero pela confiança, apoio, 

atenção e por sempre me estimular a pensar além. 

À minha amiga e coorientadora Prof. Dra. Priscila Alonso dos Santos pela amizade, por 

permitir que eu realizasse os experimentos de secagem no laboratório sob sua responsabilidade 

no IF Goiano, e por quando eu ainda estava na graduação me estimular a fazer mestrado e 

doutorado.  

A todos os professores que tive desde 1997, quando comecei meus estudos. 

Aos meus amigos, Dr. Marcio Augusto Ribeiro Sanches e Dra. Maria Júlia Neves 

Martins, confesso que não encontrei palavras para expressar à minha gratidão a vocês. Vocês 

me fortaleceram quando pensei em desistir. 

À minha amiga, Dra. Kamilla Soares Silva, pela amizade, parceria durante estes 6 anos 

de pós-graduação e, por me ajudar a sempre enxergar além do que meus olhos conseguem ver.  

Aos meus amigos, Lauro Filho, Jesus Galvão, Juliana Parize, Cláudia Catarino, Luciana 

Parize, Maria Siqueira, Raíssa Matos e Jerônimo Moraes, por acreditarem em mim quando eu 

nem eu mesmo acreditava. 

Aos colegas de doutorado: Caroline Fuzetti, Mari Garcia, Rodrigo Evangelista, 

Marcello Bertucci e Micael Almeida me fizeram rir perante as dificuldades e gargalhar com as 

facilidades. 

Agradeço a você, que se porventura esqueci-me de mencionar aqui, mas contribuiu para 

que eu chegasse aqui. Meus sinceros agradecimentos. 

O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de 

Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. 

À FAPESP, pelo apoio financeiro, concedido por meio do Processo nº 2022/05272-8, 

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). 

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela 

concessão de recursos (processo 314459/2021-9). 



E como diria Snoop Dogg: Por último, mas não menos importante, quero agradecer-me 

por acreditar em mim. Quero agradecer-me por fazer todo esse trabalho duro. Quero agradecer 

por não ter folga. Eu quero agradecer por nunca desistir. Quero agradecer-me por sempre ser 

doador e tentar dar mais do que recebo. Quero agradecer por tentar fazer mais certo do que 

errado. Quero agradecer-me por ser apenas eu em todos os momentos. 



 

 

 

 

EPÍGRAFE 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“Sou como a haste fina 

Qualquer brisa verga 

Nenhuma espada corta” 

(Maria Bethânia Viana Teles Veloso)



 

 

 

 

RESUMO 

 

O problema da insegurança alimentar mundial já não estava indo ao encontro de uma solução 

até 2030 conforme prevê o programa da FAO para zerar a fome até o citado ano. A pandemia 

de COVID-19 agravou ainda mais o problema. No Brasil, a insegurança alimentar é realidade 

para aproximadamente 9 milhões de brasileiros. Neste contexto, muitas plantas consideradas 

invasoras, pragas ou inços, na verdade, possuem grande potencial alimentício e podem 

contribuir para a redução da insegurança. A fim de se fornecer informações sobre o 

comportamento higroscópico em temperaturas de armazenamento (5-40 ºC) e de secagem (40-

80 ºC), foram determinadas as isotermas de sorção das folhas de ora-pro-nóbis (Pereskia 

aculeata Miller), folhas, pecíolo e rizoma de taioba (Xanthosoma taioba E.C.Gonç.) e de 

sementes de pimenta Jalapeño (Capsicum annuum) via método gravimétrico utilizando 

soluções saturadas de diferentes sais. Dentre os cincos modelos ajustados aos dados 

experimentais via regressão não linear, o modelo de GAB foi escolhido para descrever as 

isotermas das plantas estudadas, bem como apresentaram formato sigmoide sendo classificadas 

como BET Tipo II. O teor de água de equilíbrio aumentou com o incremento da umidade 

relativa e redução da temperatura para as plantas analisadas. O calor isostérico líquido de sorção 

das folhas de ora-pro-nóbis, folhas, pecíolo e rizoma de taioba e das sementes de pimenta 

Jalapeño diminuiu com o aumento do teor de água de equilíbrio. A teoria da compensação 

entalpia-entropia foi comprovada nas condições de armazenamento e secagem. Os mecanismos 

de dessorção de todas as plantas estudadas não são espontâneos. Com relação à cinética de 

secagem, o modelo de Weibull foi o que melhor descreveu a razão de teor de água em função 

do tempo para as folhas de ora-pro-nóbis, rizoma de taioba e sementes de pimenta Jalapeño. Já 

o modelo Logarítmico melhor se ajustou aos dados de folhas e pecíolos de taioba. O coeficiente 

de difusão aumentou com o incremento da temperatura de secagem para as diferentes partes de 

planta. A energia de ativação das folhas de ora-pro-nóbis, folhas, pecíolo e rizoma de taioba e 

das sementes de pimenta Jalapeño foi estimada, em kJ∙mol-1, em 65,81; 68,47; 34,80; 29,68 e 

30,30; respectivamente. 

 

Palavras-chave: Modelo de GAB. Taioba. Pimenta Jalapeño. Ora-pro-nóbis. Modelo de 

Weibull. 



 

 

 

 

ABSTRACT 

 

The problem of global food insecurity was not on track to be solved by 2030 as envisioned by 

the FAO program to eradicate hunger by that year. The COVID-19 pandemic further 

exacerbated the issue. In Brazil, food insecurity is a reality for approximately 9 million 

Brazilians. In this context, many plants considered invasive, pests, or weeds have great food 

potential and can contribute to reducing insecurity. To provide information on the hygroscopic 

behavior at storage temperatures (5-40 ºC) and drying temperatures (40-80 ºC), the sorption 

isotherms of ora-pro-nóbis leaves (Pereskia aculeata Miller), leaves, stems, and tubers of taioba 

(Xanthosoma taioba E.C.Gonç.), and Jalapeño pepper seeds (Capsicum annuum) were 

determined using the gravimetric method with saturated solutions of different salts. Among the 

five models fitted to the experimental data via nonlinear regression, the GAB model was chosen 

to describe the isotherms of all the plants studied, which exhibited a sigmoidal shape and were 

classified as BET Type II. The equilibrium moisture content increased with increasing relative 

humidity and decreasing temperature for all plants. The net isosteric heat of sorption of ora-

pro-nóbis leaves, leaves, stems, and tubers of taioba, and Jalapeño pepper seeds decreased with 

increasing equilibrium moisture content. The enthalpy-entropy compensation theory was 

confirmed under storage and drying conditions. The desorption mechanisms of all studied 

plants are non-spontaneous. Regarding drying kinetics, the Weibull model was the best fit to 

describe the moisture ratio as a function of time for ora-pro-nóbis leaves, taioba tubers, and 

Jalapeño pepper seeds. Meanwhile, the Logarithmic model better fit the data for taioba leaves 

and stems. The diffusion coefficient increased with increasing drying temperature for the 

different plant parts. The activation energy of ora-pro-nóbis leaves, leaves, stems, and tubers of 

taioba, and Jalapeño pepper seeds was estimated, in kJ∙mol-1, at 65.81, 68.47, 34.80, 29.68, and 

30.30, respectively. 

 

Keywords: GAB model. Cocoyam. Jalapeño pepper. Ora-pro-nóbis. Weibull model. 

 



LISTA DE FIGURAS 

Capítulo 1 – Revisão de literatura 

Figura 1 - Ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata Miller) .............................................................. 27 

Figura 2 - Flores e frutos de ora-pro-nóbis .............................................................................. 27 

Figura 3 - Morfologia geral da taioba (Xanthosoma sp.) típica. ............................................. 30 

Figura 4 - Xanthosoma taioba cultivada no Movimento Planta e Vida em Rio Verde – GO . 30 

Figura 5 - Pimenta jalapeño (Capsicum annuum) ................................................................... 32 

Figura 6 - Taxas relativas das principais alterações de alimentos em razão da atividade de 

água ........................................................................................................................................... 35 

Figura 7 - Isotermas de adsorção e dessorção ......................................................................... 37 

Figura 8 - Os cinco tipos de isotermas de sorção de van der Waals. ...................................... 38 

Figura 9 - Calor isostérico de sorção em função do teor de água............................................ 42 

Figura 10 - Curva típica de secagem ....................................................................................... 46 

Figura 11 - Taxa de secagem em função do teor de água ....................................................... 47 

Capítulo 2 – Water desorption isotherms and thermodynamic properties of Ora-pro-

nóbis (Pereskia aculeata Miller)  

Figure 1 - Desorption isotherms of ora-pro-nóbis leaves at storage (a) and drying (b) 

temperatures.............................................................................................................................. 69 

Figure 2 - Determination of the optimal water activity for preservation of ora-pro-nóbis leaves.

 .................................................................................................................................................. 72 

Figure 3 - Calculated net isosteric heat of desorption of ora-pro-nóbis leaves as function of the 

equilibrium moisture content. ................................................................................................... 73 

Figure 4 - Calculated differential enthalpy and differential entropy of ora-pro-nóbis leaves as 

function of the equilibrium moisture content. .......................................................................... 75 

Figure 5 - Linear relationship between net isosteric heat of desorption and entropy. ............. 76 

Capítulo 3 - Thin layer convective drying kinetics of ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata 

Miller) leaves 

Figure 1 – Experimental and estimated values by the Weibull model for the drying of ora-pro-

nóbis (Pereskia aculeata Miller) leaves at temperatures of 50, 60, 70, and 80 ºC................... 96 



 

 

 

 

Figure 2 - Effective diffusion coefficient of ora-pro-nóbis drying plotted as function 

temperatures of 50, 60, 70, and 80 ºC. ..................................................................................... 97 

Figure 3 – Linearized Arrhenius plot of the effective diffusion coefficient at 50, 60, 70, and 80 

ºC for ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata Miller) leaves. .......................................................... 97 

 

Capítulo 4 - Desorption properties of taioba (Xanthosoma taioba E.G. Gonç.) leaves, stems, 

and tubers: A non-conventional edible plant 

Figure 1 – Water desorption isotherms of taioba leaves adjusted to the GAB model under 

storage (a) and drying (b) conditions. ..................................................................................... 115 

Figure 2 – Water desorption isotherms of taioba stems adjusted to the GAB model under 

storage (a) and drying (b) conditions. ..................................................................................... 115 

Figure 3 – Water desorption isotherms of taioba tubers adjusted to the GAB model under 

storage (a) and drying (b) conditions. ..................................................................................... 115 

Figure 4 – Net isosteric heat of desorption of taioba leaves, stems, and tubers as a function of 

the equilibrium moisture content. ........................................................................................... 120 

Figure 5 - Entropy of taioba leaves, stems, and tubers as function of the equilibrium moisture 

content. ................................................................................................................................... 122 

Figure 6 - Net isosteric heat of desorption of taioba leaves, stems, and tubers as function of the 

entropy. ................................................................................................................................... 124 

 

Capítulo 5 - Drying kinetics and thermodynamic approach of taioba (Xanthosoma taioba 

E. C. Gonç.): leaves, stems, and tubers  

Figure 1 –  Experimental  and predicted values of  moisture ratio as function of time (a) and 

calculated drying rates as function of moisture content (b) of taioba leaves at a temperature 

range from 40 ºC to 80 ºC. ...................................................................................................... 147 

Figure 2 - Experimental and predicted values of  moisture ratio as function of time (a) and 

calculated drying rates as function of moisture content (b) of taioba stems at a temperature range 

from 40 ºC to 80 ºC. ............................................................................................................... 147 

Figure 3 - Experimental and predicted values of  moisture ratio as function of time (a) and 

calculated drying rates as function of moisture content (b) of taioba tubers at a temperature 

range from 40 ºC to 80 ºC. ...................................................................................................... 147 

 



Capítulo 6 - Drying kinetics and water adsorption properties of jalapeño pepper seeds 

(Capsicum annuum L.): A study aiming at their recovery and integral exploitation 

Figure 1 - Comparison between the experimental moisture ratios of Jalapeño pepper seeds and 

those predicted by the Weibull model at different temperatures. ........................................... 170 

Figure 2 - Comparison between the experimental equilibrium moisture contents of Jalapeño 

pepper seeds and those predicted by the GAB model at storage (a) and drying (b) temperatures.

 ................................................................................................................................................ 174 

Figure 3 - Net isosteric heat of adsorption (a) and differential entropy (b) as function of 

equilibrium moisture content. ................................................................................................. 178 



LISTA DE TABELAS 

Capítulo 1 – Revisão de literatura 

Tabela 1 - Modelos matemáticos empregados em cinética de secagem de produtos alimentícios

 .................................................................................................................................................. 48 

Capítulo 2 – Water desorption isotherms and thermodynamic properties of Ora-pro-

nóbis (Pereskia aculeata Miller) 

Table 1 - Mathematical models for adjusting the isotherms of ora-pro-nóbis leaves .............. 65 

Table 2 - Constants and fitting parameters of the sorption equations for ora-pro-nóbis leaves.

 .................................................................................................................................................. 70 

Capítulo 3 - Thin layer convective drying kinetics of ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata 

Miller) leaves 

Table 1 - Estimated coefficients and fitting parameters of the models selected to represent the 

drying curves at different temperatures of ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata Miller) leaves. ... 93 

Table 2 - Values of enthalpy (H), entropy (S) and Gibbs free energy (G) for different drying 

air temperatures of ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata Miller) leaves. ....................................... 98 

Capítulo 4 - Desorption properties of taioba (Xanthosoma taioba E.G. Gonç.) leaves, stems, 

and tubers: A non-conventional edible plant 

Table 1 - Mathematical models for adjusting the desorption isotherms of taioba parts. ....... 110 

Table 2 - Coefficients predicted by the GAB model fitted to the desorption data and fitting 

parameters of taioba leaves, stems, and tubers at storage and drying conditions................... 116 

Table 3 - Estimated coefficients of Riedel model and adjusted coefficient of determination.

 ................................................................................................................................................ 120 

Capítulo 5 - Drying kinetics and thermodynamic approach of taioba (Xanthosoma taioba 

E. C. Gonç.): leaves, stems, and tubers

Table 1 - Mathematical models applied to the drying curves of taioba leaves, stems, and tubers.

 ................................................................................................................................................ 141 



Table 2 - Estimated coefficients and fitting parameters of the models selected to represent the 

drying curves at different temperatures of taioba leaves, stems, and tubers. ......................... 144 

Table 3 - Estimated effective diffusion coefficients at different temperatures of drying for 

taioba leaves, stems, and tubers. ............................................................................................. 148 

Table 4 – Calculated pre-exponential factor, activation energy and adjusted coefficient of 

determination of taioba leaves, stems, and tubers. ................................................................. 149 

Table 5 - Estimated enthalpy, entropy and Gibbs free energy of taioba leaves, stems, and tubers  

at different drying temperatures. ............................................................................................ 150 

Capítulo 6 - Drying kinetics and water adsorption properties of jalapeño pepper seeds 

(Capsicum annuum L.): A study aiming at their recovery and integral exploitation 

Table 1 - Chemical characteristics of jalapeño pepper seeds (JPS) oil.................................. 169 

Table 2- Coefficients and fitting parameters of the models applied to the drying kinetics data 

of JPS. ..................................................................................................................................... 171 

Table 3 - Calculated effective diffusion coefficient and adjusted coefficient of determination 

of the linear regression at different temperatures of drying. .................................................. 173 

Table 4 - Coefficients and fitting parameters of the models applied to the adsorption data of 

JPS. ......................................................................................................................................... 176 



 

 

 

 

LISTA DE TABELAS SUPLEMENTARES 

 

Capítulo 2 – Water desorption isotherms and thermodynamic properties of Ora-pro-

nóbis (Pereskia aculeata Miller) 

Table S1 - Water activity of saturated salt solutions at different temperatures. ...................... 85 

Table S2  - Ora-pro-nobis experimental data of equilibrium moisture content versus water 

activity at storage and drying temperatures. ............................................................................. 86 

 

Capítulo 4 - Desorption properties of taioba (Xanthosoma taioba E.G. Gonç.) leaves, stems, 

and tubers: A non-conventional edible plant 

Table S1 - Water activity of saturated salt solutions at different temperatures (Labuza, 1963).

 ................................................................................................................................................ 133 

Table S2- Parameters predicted by the models fitted to the desorption data of taioba leaves at 

storage and drying conditions. ................................................................................................ 134 

Table S3 - Parameters predicted by the models fitted to the desorption data of taioba stems at 

storage and drying conditions. ................................................................................................ 135 

Table S4 - Parameters predicted by the models fitted to the desorption data of taioba tubers at 

storage and drying conditions. ................................................................................................ 136 

 

Capítulo 5 - Drying kinetics and thermodynamic approach of taioba (Xanthosoma taioba 

E. C. Gonç.): leaves, stems, and tubers 

Table S1 - Estimated coefficients and fitting parameters of the models tested in the drying data 

of taioba leaves. ...................................................................................................................... 155 

Table S2 - Estimated coefficients and fitting parameters of the models tested in the drying data 

of taioba stems. ....................................................................................................................... 156 

Table S3 - Estimated coefficients and fitting parameters of the models tested in the drying data 

of taioba tubers. ...................................................................................................................... 157 

 

Capítulo 6 - Drying kinetics and water adsorption properties of jalapeño pepper seeds 

(Capsicum annuum L.): A study aiming at their recovery and integral exploitation 

Table S1 - Water activity of saturated salt solutions at different temperatures………………188 

 



 

 

 

 

SUMÁRIO 
Introdução ............................................................................................................................... 20 

Objetivos .................................................................................................................................. 23 

Objetivos gerais .................................................................................................................... 23 

Objetivos específicos ............................................................................................................. 23 

1 Capítulo 1 - Revisão de literatura .................................................................................. 24 

1.1 Segurança alimentar e Plantas alimentícias não convencionais ............................. 24 

1.2 Ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata Miller) ............................................................... 26 

1.3 Taioba (Xanthosoma taioba E.C.Gonç) ................................................................... 28 

1.4 Sementes de pimenta Jalapeño (Capsicum annuum var. annuum) .......................... 31 

1.5 Água nos alimentos ................................................................................................... 33 

1.6 Isotermas de sorção .................................................................................................. 36 

1.6.1 Modelo de GAB .............................................................................................................. 38 

1.6.2 Modelo de Peleg .............................................................................................................. 39 

1.6.3 Modelo de Oswin ............................................................................................................ 39 

1.6.4 Modelo de Halsey ............................................................................................................ 40 

1.6.5 Modelo de Henderson...................................................................................................... 40 

1.7 Propriedades termodinâmicas de sorção de água ................................................... 40 

1.8 Desidratação de alimentos: Secagem ...................................................................... 43 

1.9 Cinética de secagem ................................................................................................. 45 

1.10 Referências ............................................................................................................... 49 

2 Capítulo 2 - Water desorption isotherms and thermodynamic properties of Ora-pro-

nóbis (Pereskia aculeata Miller) ............................................................................................ 61 

2.1 Introduction .............................................................................................................. 62 

2.2 Material and methods ............................................................................................... 63 

2.2.1 Raw material .................................................................................................................... 63 

2.2.2 Proximate composition .................................................................................................... 64 

2.2.3 Determination of the desorption isotherms ..................................................................... 64 

2.2.4 Modelling of desorption isotherms .................................................................................. 65 

2.2.5 Optimal water activity ..................................................................................................... 66 

2.2.6 Thermodynamic properties .............................................................................................. 66 

2.3 Results and discussion .............................................................................................. 68 

2.3.1 Proximate composition .................................................................................................... 68 

2.3.2 Desorption isotherms ....................................................................................................... 68 

2.3.3 Optimal storage conditions .............................................................................................. 72 

2.3.4 Thermodynamic properties .............................................................................................. 72 



2.4 Conclusion ................................................................................................................ 76 

2.5 References ................................................................................................................. 77 

2.6 Supplementary tables ................................................................................................ 85 

3 Capítulo 3 - Thin layer convective drying kinetics of ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata 

Miller) leaves. .......................................................................................................................... 87 

3.1 Introduction .............................................................................................................. 88 

3.2 Material and methods ............................................................................................... 89 

3.2.1 Raw material .................................................................................................................... 89 

3.2.2 Drying experiments ......................................................................................................... 89 

3.2.3 Drying kinetics and modelling ........................................................................................ 90 

3.2.4 Effective diffusion coefficient (Deff) and activation energy (Ea) ..................................... 91 

3.2.5 Enthalpy (ΔH), entropy (ΔS) and Gibbs free energy (ΔG) ............................................. 91 

3.2.6 Statistical analysis ........................................................................................................... 92 

3.3 Results and discussion .............................................................................................. 92 

3.4 Conclusion ................................................................................................................ 99 

3.5 References ................................................................................................................. 99 

4 Capítulo 4 - Desorption properties of taioba (Xanthosoma taioba E.G. Gonç.) leaves, 

stems, and tubers: A non-conventional edible plant ......................................................... 105 

4.1 Introduction ............................................................................................................ 106 

4.2 Material and methods ............................................................................................. 108 

4.2.1 Raw material .................................................................................................................. 108 

4.2.2 Proximate composition of taioba leaves, stems, and tubers .......................................... 109 

4.2.3 Desorption isotherms ..................................................................................................... 109 

4.2.4 Modelling of desorption isotherms ................................................................................ 110 

4.2.5 Thermodynamic approach ............................................................................................. 111 

4.3 Results and discussion ............................................................................................ 113 

4.3.1 Proximate composition of taioba leaves, stems, and tubers. ......................................... 113 

4.3.2 Desorption isotherms modeling ..................................................................................... 113 

4.3.3 Thermodynamic approach ............................................................................................. 119 

4.4 Conclusion .............................................................................................................. 124 

4.5 References ............................................................................................................... 125 

5 Capítulo 5 - Drying kinetics and thermodynamic approach of taioba (Xanthosoma 

taioba E. C. Gonç.): leaves, stems, and tubers ................................................................... 137 

5.1 Introduction ............................................................................................................ 138 

5.2 Material and methods ............................................................................................. 140 

5.2.1 Raw material .................................................................................................................. 140 



5.2.2 Drying experiments ....................................................................................................... 140 

5.2.3 Effective diffusion coefficient (Deff) and activation energy (Ea) ................................. 142 

5.2.4 Enthalpy (ΔH), entropy (ΔS) and Gibbs free energy (ΔG) ........................................... 142 

5.2.5 Statistical analysis ......................................................................................................... 143 

5.3 Results and discussion ............................................................................................ 143 

5.3.1 Drying curves and modeling ......................................................................................... 143 

5.3.2 Effective diffusion coefficient (Deff) and activation energy (Ea) ................................. 148 

5.3.3 Enthalpy (ΔH), entropy (ΔS) and Gibbs free energy (ΔG) ........................................... 149 

5.4 Conclusion .............................................................................................................. 150 

5.5 References ............................................................................................................... 151 

5.6 Supplementary tables .............................................................................................. 155 

6 Capítulo 6 - Drying kinetics and water adsorption properties of jalapeño pepper seeds 

(Capsicum annuum L.): A study aiming at their recovery and integral exploitation ..... 158 

6.1 Introduction ............................................................................................................ 159 

6.2 Material and methods ............................................................................................. 161 

6.2.1 Raw material .................................................................................................................. 161 

6.2.2 Characterization of jalapeño pepper seeds (JPS) ........................................................... 161 

6.2.3 Convective hot air drying of JPS ................................................................................... 163 

6.2.4 Effective diffusion coefficient (Deff) and activation energy (Ea) ................................. 164 

6.2.5 Water adsorption isotherms of JPS ................................................................................ 164 

6.2.6 Thermodynamic properties of JPS adsorption ............................................................... 165 

6.2.7 Statistical analysis ......................................................................................................... 166 

6.3 Results and discussion ............................................................................................ 167 

6.3.1 Chemical composition ................................................................................................... 167 

6.3.2 Chemical characterization of jalapeño pepper seed (JPS) oil ........................................ 168 

6.3.3 Drying curves of JPS and kinetics modeling ................................................................. 169 

6.3.4 Moisture diffusivity and activation energy .................................................................... 172 

6.3.5 Water adsorption isotherms of JPS and modeling ......................................................... 173 

6.3.6 Thermodynamic properties of JPS adsorption ............................................................... 177 

6.4 Conclusion .............................................................................................................. 178 

6.5 References ............................................................................................................... 179 

7 Conclusão ....................................................................................................................... 189 



20 

INTRODUÇÃO 

Antes da pandemia de COVID-19, o problema da insegurança alimentar não estava indo 

ao encontro de uma solução até 2030. A prevalência de desnutrição que permaneceu constante 

nos últimos cinco anos, aumentou 1,5% em 2020 e atingiu um nível de 9,9%, tornando este 

objetivo ainda mais desafiador (FAO et al., 2021). No Brasil, nos últimos dois anos, o número 

de pessoas vivendo em severa insegurança alimentar saltou de 10,3 para 19,1 milhões. Neste 

período, a fome se tornou realidade para aproximadamente 9 milhões de brasileiros 

(PENSSAN, 2021). 

A insegurança alimentar existente é justificada pela incapacidade das classes mais 

pobres de obterem os alimentos necessários para uma alimentação saudável e equilibrada. As 

projeções de crescimento populacional, da expansão das cidades, do aumento do consumo per 

capita e das restrições no uso de terra nas próximas décadas fazem mais relevante o debate 

sobre a incapacidade de atender às necessidades humanas por alimentos (SAATH; 

FACHINELLO, 2018). 

Uma das alternativas para solução da insegurança alimentar é a pesquisa sobre plantas 

de potencial alimentício, entretanto, pouco consumidas. Muitas plantas são denominadas 

“daninhas”, “invasoras”, “inços” e até nocivas, somente devido ao fato de se desenvolverem 

em meio às culturas tradicionais ou em locais em que as pessoas acham que não podem ou não 

devem ocorrer. No entanto, muitas destas espécies têm grande importância alimentícia 

(KINUPP; LORENZI, 2014). Plantas alimentícias não convencionais (PANC) são aquelas 

presentes em determinadas localidades ou regiões exercendo influência na alimentação de uma 

população tradicional, entretanto não estão organizadas enquanto cadeia produtiva 

propriamente dita (BRASIL, 2010).  

As PANC geram autonomia para as pessoas que desejam buscar os nutrientes que 

necessitam e os sabores que mais lhe agradam. Em conjunto, integradas com as comunidades 

humanas, culturas biodiversas, esta autonomia é também fator de autoafirmação e emancipação, 

no que se pode chamar de soberania alimentar e ecológica (KELEN et al., 2015). Plantas como 

a ora-pro-nóbis, taioba e as sementes de pimenta Jalapeño podem ser consideradas PANC. 

A ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata Miller) é uma planta trepadeira, que pertence à 

família Cactaceae, sendo nativo do Sul e América Central e América tropical, que é 

naturalmente distribuído do Nordeste para o sul do Brasil  (SHARIF et al., 2013). Suas folhas 

suculentas são uma ótima fonte de proteínas (26% p/p) e apresenta níveis importantes de 

minerais, fibras alimentares, vitaminas A e C, além de ácido fólico (SOUZA et al., 2016). 



21 

A taioba (Xanthosoma taioba E.G. Gonç.) é uma herbácea tuberosa, acaule, com altura 

variando entre 50-90 cm, nativa de Minas Gerais e possui folhas membranáceas medindo entre 

20-35 cm de comprimento e pecíolo ereto e esponjoso de comprimento entre 30-50 cm. É fonte

de minerais com o cálcio, magnésio, manganês, ferro e zinco, além de vitamina C e carotenos. 

As folhas, pecíolos e rizoma podem ser utilizado na alimentação humana, desde que sejam bem 

refogados para eliminação do oxalato de cálcio presente. Por muito tempo, acreditava-se que 

esta planta era pertencente à espécie Xanthosoma sagittifolium (L.) Schott, originária da 

América Central, até que um estudo mais detalhado demonstrou que a taioba brasileira é uma 

nova espécie (KINUPP; LORENZI, 2014). 

As sementes de pimenta Jalapeño apresentam uma composição rica em nutrientes, 

contendo aproximadamente 43% de fibras, 20% de proteínas e 17% de lipídios (SANDOVAL-

CASTRO et al., 2014, 2017). O elevado teor de fibras dessas sementes ressalta seu potencial 

para serem recuperadas e utilizadas como ingredientes em alimentos processados (BOUAZIZ 

et al., 2020; GARCIA et al., 2020). Além disso, a possibilidade de recuperar as proteínas das 

sementes está alinhada com a crescente tendência global de aproveitar as proteínas vegetais 

como uma fonte nutritiva de destaque na dieta humana (SÁ et al., 2020). 

Neste contexto, a qualidade de um material biológico pode ser preservada mediante 

estudo de parâmetros como secagem e armazenamento. Informações sobre o teor de água de 

equilíbrio desses materiais é imprescindível, pois define as condições adequadas para o 

armazenamento de frutas e hortaliças (SOUSA et al., 2014).  

Isotermas de sorção de água são consideradas uma importante ferramenta da 

termodinâmica para determinar a interação entre os componentes de um alimento e a água. As 

isotermas são gráficos que relacionam o teor de água de equilíbrio e a umidade relativa do 

ambiente, em temperatura constante, e fornecem informações relevantes para o processamento 

de alimentos como a secagem, embalagem e armazenamento (KUMAR; MISHRA, 2006; 

TONON et al., 2009). Diversos modelos matemáticos são utilizados para descrever as isotermas 

de sorção: modelos cinéticos baseados na monocamada (modelo de BET), modelos cinéticos 

baseados na multicamada (modelo de GAB), modelos semi-empíricos (Ferro-Fontan, 

Henderson, Halsey, etc) e modelos empíricos (Smith, Oswin, etc.) (CORRÊA et al., 2016). 

A secagem é uma operação unitária em que ocorre a aplicação de calor sob condições 

controladas a fim de remover a maior quantidade de água possível de um alimento, por 

evaporação, visando a redução de massa e volume e estender a vida de prateleira (FELLOWS, 

2019).  A secagem de produtos agrícolas pode ser descrita por modelos matemáticos teóricos, 



22 

semiteóricos e empíricos. Os modelos teóricos consideram as transferências de calor e massa 

na interface produto-ar de secagem e no interior do produto. Já os modelos semiteóricos e os 

empíricos consideram somente a resistência externa à temperatura e a umidade relativa do ar 

(FARIA et al., 2012). 

Visando contribuir para diminuição da insegurança alimentar apresentando dados que 

auxiliam no processamento e armazenamento de alimentos pouco consumidos, neste trabalho 

objetivou-se determinar as isotermas de sorção, bem como calcular as propriedades 

termodinâmicas de ora-pro-nóbis, taioba e sementes de pimenta Jalapeño em diferentes 

temperaturas que simulem condições de armazenamento e de secagem. Ademais, objetivou-se 

ajustar modelos matemáticos que descrevam a cinética de secagem e viabilizem os cálculos dos 

coeficientes de difusão e da energia de ativação para os materiais analisados.  



49 

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7 Conclusão 

Em todas as partes de plantas estudadas, o teor de água de equilíbrio aumentou com a 

redução da temperatura e o aumento da umidade relativa do ar aumentam o teor de água de 

equilíbrio. As isotermas de sorção apresentaram formato sigmoide, sendo classificadas com 

BET Tipo II e o modelo de GAB foi o mais adequado para descrever a relação entre o teor de 

água de equilíbrio e a atividade de água das PANC.  

O calor isostérico de sorção e a entropia de sorção diminuíram com o aumento do teor de 

água de equilíbrio. A compensação entre a entalpia e a entropia foi confirmada em todas as 

partes de plantas apontando a dessorção como não espontânea e guiada pela entalpia na taioba 

e pela entropia na folhas de ora-pro-nóbis. A adsorção nas sementes de pimenta Jalapeño foi 

espontânea e guiada pela entalpia.  

Com relação à cinética de secagem, observou-se que o modelo de Weibull foi o que melhor 

se ajustou as curvas de secagem das folhas de ora-pro-nóbis, rizoma de taioba e sementes de 

pimenta jalapeño, já o modelo Logarítmico foi o que melhor se ajustou aos das folhas e pecíolos 

de taioba. O coeficiente de difusão aumentou com o aumento da temperatura de secagem para 

as diferentes partes de planta. A energia de ativação das folhas de ora-pro-nóbis, folhas, pecíolo 

e rizoma de taioba e das sementes de pimenta Jalapeño foi calculada, em kJ∙mol-1, em 65,81; 

68,47; 34,80; 29,68 e 30,30; respectivamente.