Да, это вполне приемлемо. Имейте в виду, что содержимое массива - это указатели на ваши NSMutableArrays - это то, что не может измениться в неизменной структуре словаря. То, на что указывают указатели, может изменить все, что вы хотите. Для остроумия:
NSMutableArray *arr = [[NSMutableArray alloc] init];
NSDictionary *dict = [NSDictionary dictionaryWithObject:arr forKey:@"test"];
[arr addObject:@"Hello"];
NSString *str = [[dict objectForKey:@"test"] objectAtIndex:0];
NSLog("%@", str);