Principios de Tecnologia de Alimentos

PrinCIpias

de Tecnologia

de Alimentos

altanir jaime 9ava Eng? Agr? com "Master of Science" em Ciência dos Alimentos. Professor Assistente do Depto. de Tecnologia de Alimentos da Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro e Gerente de Projetos da Divisão de Pesquisas e Desenvolvimento da Coca-Cola Indústrias Ltda.

Princípios de Tecnologia de Alimentos

la edição 8a reimpressão 1998

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© 1977 Allanir Jaime Gava

Direitos desta edição reservados à Livraria obel S.A. Rua da Balsa, 559 - 02910-000 - São Paulo, SP Fone: (O 11) 876-2822 - Fax: (876-6988 e-mai!: [email protected]

Capa: José Maury de Barros (folo do autor) II/Ipresslio: Associação Palas Athena

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

G242p

Gava, Allanir Jaime, 1941Princípios de tecnologia de alimentos I Allanir Jaime Gava. - São Paulo: Nobel, 1984. Bibliografia ISBN 85-213-0132-4 I. Alimentos - Industria e comércio 2. Alimentos -Indústria e comércio - Brasil!. Título. CDD-664 - 664.00981

84-0762

Índices para catálogo sistemático: I. Alimentos: Tecnologia 664 2. Brasil: Indústria alimentícia 664.00981 3. Brasil: Tecnologia de alimentos 664.00981 4. Indústria alimentícia 664 5. Tecnologia de alimentos 664

É PROIBIDA A REPRODUÇÃO Nenhuma parte desta obra poderá ser reproduzida, copiada, transcrita ou mesmo transmitida por meios eletrônicos ou gravaçôes sem a permissão, por escrito, do edilOr. Os infralOres serão punidos pela Lei n° 5.988, de 14 de dezembro de 1973, artigos 122-130. Impresso no Brasil! Prillled in Brazil

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DEDICATORIA Aos meus pais e Maria Inês, querida esposa

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PREFACIO

A área de Ciência e Tecnologia de Alimentos é de natureza tipicamente multidisciplinar, envolvendo um número elevado de profissionais, tanto de nível superior como de nível médio, que trabalham desde a produção agrícola, industrialização até o consumo de alimentos. uma área com muitas especialidades e em franco desenvolvimento no nosso País. A intenção em lançar o livro "Princípios de Tecnologia de Alimentos" prende-se ao fato de não haver nada similar, escrito em português, no Brasil. O objetivo principal é mostrar aos ifÚciantes no assunto, de modo simples, as complexas, fascinantes e íntimas relações entre as propriedades da matéria-prima e os métodos de manuseio e processamento de um ilimitado número de produtos alimentícios. O roteiro do livro segue fundamentalmente uma apostilã que preparei em 1971 e atualizada em 1975, para servir de guia nas aulas das disciplinas "Princípios de Conservação de Alimentos" e "Conservação de Alimentos pelo Calor e Frio", que leciono no Departamento de Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Os primeiros capítulos são destinados a uma rápida revisão dos conhecimentos fundamentais, como importância da tecnologia de alimentos, princípios de nutrição, causas de alterações dos alimentos com ênfase na microbiológica, limpeza e sanitização na indústria alimentícia, bem como descrição dos vários tipos de embalagens. Depois, são expostos os vários métodos de conservação de alimentos, classificados naqueles que usam o calor, frio, açúcar, fermentações, aditivos, radiações iOfÚzantes e outros métodos. Devido a sua maior importância, foi dado destaque especial aos métodos que utilizam o calor como a apertização, secagem e concentração.

e

A idéia básica foi reunir a infonnação técnica disponível no cenário brasileiro e internacional, de uma maneira simples, encadeando os vários capítulos, de modo que pudesse ser facilmente absorvida por qualquer pessoa interessada no assunto. Espero, assim, que a obra possa ser de real utilidade para estudantes e profissionais na área de ciência e tecnologia de alimentos. Antes de terminar, quero expressar meus agradecimentos àqueles cuja cola· boração tomou possível a publicação do livro. Primeiramente, agradeço aos meus orientadores - Prof. Paulo C. Pereira, Prof. Fausto A. Cai e Dr. Roberto Resende - pela contribuição e estímulo recebidos ao longo dos anos. Aos estudantes e colegas do Departamento de Tecnologia de Alimentos, especialmente aos Professores Carlos Alberto B. da Silva, Paschoal C. Robbs e João Paulo Cava, muito obrigado pelas sugestões recebidas e incentivo prestado. O autor agradece também toda a colaboração recebida da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, do Instituto de Tecnologia de Alimentos de Campinas, e das indústrias que permitiram a reprodução de fotografias e material ilustrativo.

ALTANIR JAIME CAVA

INDICE I. ASPECTOS GENÉRICOS DA TECNOLOGIA DE ALIMENTOS. . . . . . 1. Introdução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Importância da Tecnologia de Alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Aspectos nutritivos dos alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Matéria-prima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Tipos de indústrias alimentícias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Operações que podem ser utilizadas na Tecnologia de Alimentos. . . 7. A industrialização como fator de promoção da Agricultura. . . . . . . Bibliografia '" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. A indústria de alimentos no Brasil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia ................................... 9. Aceitabilidade e fatores de qualidade dos alimentos. . . . . . . . . . . . . 10. Causas das alterações de alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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11. MICROBIOLOGIA DE ALIMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Decomposição dos alimentos por microorganismos. . . . . . . . . . . . . 2. Curva de crescimento dos microrganismos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Fatores que regulam o crescimento dos microrganismos. . . . . . . . . . 4. Microrganismos mais importantes na Tecnologia de Alimentos. . . . Bibliografia

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m. ENVENENAMENTO DE ORIGEM ALIMENTAR. . . . . . . . . . . . . . . . .

77 77

1. Envenenamento produzido pela ingestão de substâncias tóxicas ... 2. Doenças ocasionadas por microrganismos que usam o alimento como meio de transmissão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Doenças ocasionadas por microrganismos que usam o alimento como meio de crescimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Intoxicações alimentares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Infecções alimentares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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IV. LIMPEZA E SANITIZAÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTICIA . . . . . . 1. Pré-lavagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Limpeza com detergentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Nova lavagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Sanitização Bibliografia . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 84 85 90 90 93

V. ENZIMAS 1. Introdução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Classificação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Enzimas na tecnologia de alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

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VI. EMBALAGENS PARA ALIMENTOS. 1. A lata como material de embalagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. O vidro como material de embalagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. Embalagens flexíveis para alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Bibliografia

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'. . . .. VII. MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 1. Conservação de Alimentos pelo uso do calor. . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.1. Apertização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.1.1. Histórico 1.1.2. Produção mundial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.1.3. Processamento térmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.1.4. Recipientes para produtos apertizados. . . . . . . . . . . . .. 1.1.5. Resistência dos microrganismos ao calor. . . . . . . . . . .. 1.1.6. Ordem de destruição da bactéria submetida ao calor úmido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . .. 1.1.7. Penetração de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.1.8. Determinação do tratamento térmico. . . . . . . . . . . . .. 1.1.9. Avaliação de um processo térmico. . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.10. Processamento de frutas e hortaliças apertizadas . . . . .. .. 1.1.11. Tratamento térmico de produtos apertizados 1.1.12. Alterações dos alimentos apertizados. . . . . . . . . . . . . .. 1.1.13. Influência da apertização na qualidade do alimento. . .. 1.1.14. Controle de qualidade de produtos apertizados . . . . . .. Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.2. Secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.2.1. Confronto entre secagem natural e desidratação. . . . .. 1.2.2. Secagem natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.2.3. Desidratação ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.2.4. Instantaneização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. '.' . . . . . . . .. 1.2.5. LiofJ.lização.

129 130 132 132 133 134 135 135 139 145 147 149 153 159 176 177 178 181 183 183 184 185 195 197

1.2.6. Alterações provocadas pela desidratação. . . . . . . . . . .. 1.2.7. Influência da desidratação sobre os microrganismos e enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Bibliografia.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.3. Concentração. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.3.1. Alterações ocasionadas pela evaporação . .. 1.3.2. Evaporação a vácuo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.3.3. Evaporação simples e de múltiplo efeito. . . . . . . . . . .. 1.3.4. Transmissão de calor nos evaporadores . . . . . . . . . . . .. 1.3.5. Pré-aquecimento de alimentação e recompressão de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1.3.6. Tipos de evaporadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Bibliografia 2. Conservação de Alimentos pelo uso do frio. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.1. Instalações mecânicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.2. Substâncias refrigerantes 2.3. Refrigeração. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.4. Congelação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.5. Necessidades de energia para congelação. . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.6. Embalagem dos alimentos na congelação. . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.7. Associação de outras técnicas de conservação à congelação. . .. 2.8. Influência da congelação sobre os microrganismos e enzimas. .. 2.9. Influência da congelação sobre o valor nutritivo dos alimentos. 2.10. Alterações durante a congelação-descongelação. . . . . . . . . . . .. Bibliografia . . . . . . . . . . . .. 3. Conservação de Alimentos pelo uso do açúcar. . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Geléia ...•........................................ 3.2. Doce em massa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3.3. Fruta em conserva '.' . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3.4. Fruta cristalizada e glaceada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Bibliografia .. 4. Conservação de Alimentos por fennentações . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4.1. Os microrganismos como seres vivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4.2. Controle das fermentações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4.3. Fermentação alcoólica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4.4. Fermentação acética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4.5. Fermentação lática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ·4.5.1.picles 4.5.2. chucrutes .. 4.5.3. azeitonas , Bibliografia 5. Conservação de Alimentos pelo uso de aditivos. . . . . . . . . . . . . . .. 5.1. Legislação brasileira .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5.2. Corantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

200 200 201 202 203 203 204 206 208 209 217 217 218 220 221 224 228 229 229 230 230 231 231 232 233 240 240 241 241 242 243 244 246 247 249 250 251 252 252 253 254 257

5.3. Aromatizantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5.4. Conservadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5.5. Antioxidantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5.6. Estabilizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5.7. Espessantes 5.8. Edulcorantes " 5.9. Umectantes 5.10. Antiumectantes 5.11. Acidulantes Bibliografia • . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. Conservação de Alimentos pelo uso de irradiação. . . . . . . . . . . . . .. 6.1. Radiações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ... .. 6.2. Radiações ionizantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6.3. Unidades de radiação ....•........................... 6.4. Radiações ionizantes na conservação de alimentos. . . . . . . . . . 6.5. Mecanismo de ação das radiações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6.6. Influência das radiações sobre os microrganismos, enzimas e valor nutritivo dos alimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. Conservação de Alimentos por outros métodos. . . . . . . . . . . . . . .. 7.1. Osmose reversa " ...•............... 7.2. Conservação pelo sal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7.3. Defumação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7.4. Métodos mistos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Bibliografia

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aspectos genéncos da tecnologia de alimentos

I 1 - INTRODUÇÃO

A Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos defme Tecnologia de Alimentos como sendo a aplicação de métodos e da técnica para o preparo, armazenamento, processamento, controle, embalagem, distribuição e utilização dos alimentos. Outros a defmem como sendo aquela que estuda a aplicação da Ciência e da Engenharia na produção, processamento, embalagem, distribuição e utilização dos alimentos. A Ciência dos Alimentos inclui o estudo das características físicas e químicas dos alimentos. A Tecnologia de Alimentos inclui a seqüência de operações desde a seleção da matéria-prima até o processamento, preservação e distribuição. O cientista de alimentos deve compreender não somente o processamento e o armazenamento dos alimentos, mas também deve conhecer a produção agrícola e as necessidades do consumidor. O campo da ciência de alimentos não é novo. Entretanto, ele tem recebido novas dimensões com a migração da população rural para a zona urbana. A matéria-prima tem que ser transformada em alimentos estáveis, que são facilmente armazenados e transportados, e que estão muitas vezes prontos para consumo, quando adquiridos. Assim, a ciência e tecnologia de alimentos tem-se desenvolvido como uma importante ciência aplicada (1). Para o futuro, a Tecnologia de Alimentos deverá orientar-se segundo duas direções: por um lado haverá o início, a continuação ou o incremento da produção de alimentos mais sofisticados, mais nutritivos, mais convenientes e mais atrativos, que já existem em países desenvolvidos, compreendendo uma série de alimentos que só poderão ser adquiridos por pessoas de bom poder aquisitivo; por outro lado, o desenvolvimento dos processos tecnológicos se orientará para o aproveitamento de subprodutos e para a produção de alimentos mais nutritivos, que sejam oferecidos a baixo preço e possam ser utilizados por grande parte da população mundial, hoje carente de alimelt.vs.

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2 - IMPORTÂNCIA DA TECNOLOGIA DE ALIMENTOS A industrialização dos produtos agropecuários pode contribuir consideravelmente na melhoria da dieta de um país e do estado nutricional dos seus habitantes. A amplitude dessa contribuição depende de diversos fatores, como a existência de uma agricultura desenvolvida que possa receber uma tecnologia avançada e do nível econômico e poder aquisitivo da população. A tecnologia alin1entar é o vínculo entre a produção e o consumo dos alin1entos e se ocupa de sua adequada manipulação, elaboração, preservação, armazenamento e comercialização. Para que possa alcançar um bom rendimento, deve a tecnologia de alin1entos estar intimamente associada aos métodos e progressos da produção agrícola de um lado, e aos princípios e práticas da nutrição humana, do outro lado. Há ainda quem duvide da utilidade de incluir na dieta produtos alimentícios industrializados porque a elaboração pode destruir, em pequena proporção, os nutrientes. Nos últimos tempos tem-se conseguido reduzir consideravelmente essas perdas pelo uso de técnicas aperfeiçoadas. Por outro lado, a utilização em grande escala de alimentos elaborados proporciona uma boa oportunidade para aumentar o valor nutritivo de certos alimentos de consumo, com determinados nutrientes (proteínas, vitaminas, ferro, cálcio, etc.), que são deficientes no produto natural. Essa complementação nutricional é praticamente impossível de ser realizada no produto em estado natural. A utilização de alin1entos prontos e semiprontos é importante nos países onde é cada vez mais necessário o trabalho da mulher fora das atividades domésticas. Por um outro ângulo, a tecnologia de alin1entos tem importância para os países em desenvolvimento ou desenvolvidos porque, reduzindo as perdas dos alin1entos, aumentará a sua disponibilidade. Apesar das dificuldades de avaliar as perdas de alimentos, sabe-se que grande parte dos alin1entos dos países de baixa renda é perdida no campo, no processamento ou na distribuição. Acredita-se que as perdas de alimentos são de 40% na América Latina e 30% na África. Estima-se que, se metade das perdas de alin1entos no armazenamento fosse evitada ter-se-iam calorias suficientes para satisfazer a dieta de 500.000 pessoas (3). Com a utilização da indústria de alin1entos consegue-se um fornecimento mais uniforme de alin1entos durante todo o ano. Com a tendência da concentração da população nas cidades, toma-se necessário colocar à sua disposição produtos alin1entícios elaborados e orientá-la em matéria de nutrição. Os alin1entos elaborados e os alin1entos mais nutritivos virão fornecer à dieta novos produtos particularmente ricos em determinados nutrientes, com o propósito de compensar certas deficiências nutricionais específicas. Resumindo, poderemos dizer que, considerando o crescimento explosivo da população da terra, as extensões territoriais, com grandes diferenças na capacidade produtiva, as diferenças no adiantamento técnico dos povos e, o que é

PRINCfplOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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mais importante, a grande perecibilidade dos produtos agropecuários, a conclusão a tirar é que os povos precisam dedicar grande atenção à ciência e à técnica da preservação de produtos alimentícios, a fIm de que possam sobreviver. Segundo ainda a opinião de especialistas da FAO, para cada aumento de 100 milhões de indivíduos, seria necessário um aumento de produção de cerca de 13 milhões de toneladas de cereais e 14 milhões de toneladas de produtos pecuários. Graças à racionalização das técnicas agropecuárias, a produção de alimentos tem aumentado em certos países. Porém, em outros países, os níveis de produção são inferiores aos do crescimento demográfIco. Para resolver os problemas da fome será, portanto, necessário que se produzam mais alimentos e que sua distribuição se processe mais regularmente por toda a extensão terrestre. O papel da ciência e da tecnolocia de alimentos é o de corrigir tais deficiências e, para tal, deve utilizar os conhecimentos propiciados pelas diversas ciências correlatas. Pode-se dizer, de um modo geral, que o vasto e complexo campo da ciêncía e tecnologia de alimentos está alicerçado em quatro áreas fundamentais: Nutrição, Química, Biologia e Engenharia. Nutrição - A Nutrição, como uma das áreas que servem de base à tecnologia dos alimentos, tem por fim pesquisar as necessidades básicas em nutrientes para cada pessoa, bem como oferecer ao povo conhecimentos básicos dos princípios de nutrição indispensáveis à manutenção da saúde.

Química - A Química Orgânica, a Inorgânica, a Analítica e a Bioquímica constituem os fundamentos da tecnologia de alimentos. Ainda poderá aqui ser incluída a Físico-Química, relacionando os fatores físicos que afetam as estruturas químicas. A Química Analítica e a Bioquímica têm por tarefa acompanhar e, tanto quanto possível, controlar todas as transformações que ocorrem desde a colheita e armazenamento da matéria-prima até as fases do processamento e armazenamento dos produtos. Durante a colheita e armazenamento da matériaprima, nas fases da industrialização e mesmo nos produtos já embalados, as reações químicas se processam mais ou menos intensamente. É preciso, pois, conhecer as transformações que se processam e procurar controlá-las para manutenção da qualidade dos produtos. Biologia - A fInalidade deste campo é fornecer uma matéria-prima sadia, principalmente, com grande rendimento e apropriada para a industrialização. Neste particular, a Genética e o Melhoramento de Plantas e Animais desempenham papel de relevo quando entrosados com as ciências tecnológicas. Deve aqui ser mencionada a Microbiologia, de grande importância dentro da Tecnologia de Alimentos. Ela proporciona métodos para o controle dos microrganismos desejáveis e para a eliminação daqueles que produzem a deterioração de alimentos. Engenharia - Os conhecimentos das operações unitárias e princípios de Engenharia (transferência de calor, de massa, fIltração, centrifugação, refrigeração, desidratação, destilação, etc.) são necessários ao tecnologista de alimentos para que possa compreender as fases do processamento da matéria-prima.

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3 - ASPECTOS NUTRITIVOS DOS ALIMENTOS 3.1 - Alimentos Os alimentos possuem a fmalidade de fornecer ao corpo humano a energia e o material destinados à formação e à manutenção dos tecidos, ao mesmo tempo que regulam o funcionamento dos órgãos. Ou, em outras palavras, conforme a F AO (10), o corpo necessita de energia fornecida pelos alimentos para o metabolismo de descanso (resting metabolism), síntese de tecidos (crescimento, manutenção, gravidez, lactação), atividades físicas, processos de excreção e para manter um balanço térmico (também para stress fisiológico e psicológico). Quimicamente, os alimentos são constituídos principalmente de carbono, Iúdrogênio, oxigênio e nitrogênio, porém quantidades menores de outros elementos são geralmente encontradas. Quando nos referimos ao valor nutritivo dos alimentos, não os estamos relacionando com respeito à sua composição química, mas sim, com os componentes que classificamos como nutrientes, conhecidos como hidratos de carbono, proteínas, gorduras, vitaminas, sais minerais e água. De um modo geral, podemos afumar que os tecidos vegetais são sistemas aquosos de proteínas, Iúdratos de carbono e gorduras. Dissolvidas na fase aquosa encontramos as substâncias solúveis na água, como Iúdratos de carbono, alguns ácidos graxos, sais minerais, vitaminas, pigmentos, etc. As proteínas se mantêm num estado coloidal enquanto que as gorduras estão num estado de emulsão. Dissolvidos nas gorduras encontramos alguns pigmentos, componentes fisiologicamente ativos, vitaminas lipossolúveis, etc. A composição química de um alimento é descrita geralmente em termos do seu conteúdo em percentagem de Iúdratos de carbono, proteínas, gorduras, cinzas (sais minerais) e água. A composição dos alimentos vegetais e animais é que vai interessar diretamente na sua conservação. Os tecidos vegetais são ricos, geralmente, em Iúdratos de carbono, enquanto que os animais o são em proteínas. Os cereais caracterizam-se por serem fontes de Iúdratos de carbono, se bem que contenham gorduras, proteínas (de baixa qualidade), vitaminas e sais minerais. As hortaliças e frutas caracterizam-se como fontes de vitaminas e sais minerais. A composição dos alimentos é bastante variável de espécie para espécie, como poderemos ver na tabela 1.

3.2 - Dieta O valor energético dos alírnentos é medido em unidades do calor chamadas de calorias. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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de um grama de água em um grau centígrado (de 14,5° para 15,5° C). Uma quilocaloria (Kcal) ou Cal (com C maiúsculo) é equivalente a 10 3 calorias (pequenas) e é comumente utilizada para expressar os valores energéticos dos alimentos Existe uma tendência atual para expressar a energia dos alimentos em calorias (c minúsculo), mas, quando isso acontecer, sabemos que a unidade correta é Kcal ou Calorias. Tabela 1 -

Composição de alguns alimentos em percentagem da parte comestível (9)

Alimentos

Hidr. de C.

Proteínas

Gorduras

Cinzas

Água

Cereais Farinha de trigo Arroz moído Milho (grão inteiro)

73,9 78,9 72,9

10,5 6,7 9,5

1,9 0,7 4,3

1,7 0,7 1,3

12 13 12

Raizes e Tubérculos Batata inglesa Batata doce

18,9 27,3

2,0 1,3

0,1 0,4

1,0 1,0

78 70

Hortaliças Cenoura Rabanete Aspargo Feijão de vagem verde Ervilha Alface

9,1 4,2 4,1 7,6 17,0 2,8

1,1 1,1 2,1 2,4 6,7 1,3

0,2 0,1 0,2 0,2 0,4 0,2

1,0 0,9 0,7 0,7 0,9 0,9

88,6 93,7 92,9 89,1 75,0 94,8

Frutas Banana Laranja Maçã Morango Melão

24,0 11,3 15,0 8,3 6,0

1,3 0,9 0,3 0,8 0,6

0,4 0,2 0,4 0,5 0,2

0,8 0,5 0,3 0,5 0,4

73,5 87,1 84,0 89,9 92,8

17,5 11,9 20,216,4

22,0 45,0 12,6 0,5

0,9 0,6 1,0 1,3

60,0 42,0 66,0 81,8

3,5 15,0

3,0 7,0

0,7 3,0

87,8 70,0

11,8

11,0

11,7

65,5

Carnes Carne bovina Carne de porco Carne de galinha Peixe (sem gordura) Latic{nios Leite Queijo Ovos

5,0 5,0

~

(Xl

Tabela 2 - Necessidades dijrias recomendadas pela Comissão de Nutrição da Associação Médica Inglesa (21)

Calorias

Proteína gramas

Cálcio gramas

Ferro mg

Vit. A

6.5

3.000

800

V.1.

Vit. D V.I

Iodo micrograma

Vit. B 1 mg

Ribofiavina mg

004

0.6

4

150

10

Niacina mg

Vit. C mg

Crianças - anos

0- 1

1.000

37

2-

6

1.500

56

1.0

7.7

3.000

400

0.6

0.9

6

150

15

7 - 10

2.000

74

1.0

10.5

3.000

400

0.8

1.2

8

150

20

11 - 14

2.750

102

1.3

13.5

3.000

400

1.1

1.6

11

150

30

Rapazes

15 - 19

3.500

130

IA

15.0

5.000

. 400

IA

2.1

14

150

30

Moças

15 - 19

2.500

93

1.1

15.0

5.000

400

1.0

1.5

10

150

30

2.250

66

0.8

12.0

5.000

-

0.9

IA

9

100

20

1.0

Homem

Sedentário Trabalho médio

3.000

87

0.8

12.0

5.000

-

1.2

1.8

12

100

20

Trabalho pesado

4.250

124

0.8

12.0

5.000

-

1.7

2.6

17

100

20

Sedentária

2.000

58

0.8

12.0

5.000

-

0.8

1.2

8

100

20

Trabalho médio

2.500

73

0.8

12.0

5.000

-

1.0

1.5

10

100

20

Trabalho pesado

3.750

109

0.8

12.0

5.000

-

1.5

2.2

15

100

20

Mulher

Gestante

2.500

93

1.8

12.0

6.000

Lactente

3.000

111

2.0

15.0

8.000

400

1.0

1.5

10

150

40

800

IA

2.1

14

150

50

»r -t » z

:xl 1

I

Meio ~ de aquecimento (VAPOR)

J

1 --+ --+

t

t

)

J

" \

"'+-

I

I

t

l,lj

pOF

----7

1

~ ~

~/'

pOF

~

i ~

i/

f-

IC to ' \

t

~

condução

~

I

/

~

f-

Figura 25 - Aquecimento do alimento numa lata e detenninação do ponto frio.

(;

+--

~

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

147

Alguns alimentos aquecidos por condução são: creme de milho, purê, batatas, sopas concentradas, carnes, etc. Nem todos os pontos da embalagem que está sendo aquecida possuem a mesma temperatura. A zona de aquecimento mais lento é chamada de ponto frio do recipiente e é, por isso, a zona mais difícil de ser esterilizada. Nos produtos aquecidos principalmente por convecção, o ponto frio está localizado próximo ao fundo do recipiente, no eixo vertical, enquanto que, naqueles aquecidos por condução, está no centro geométrico do recipiente, sobre o eixo vertical.

1.1.8 - Detenninação do tratamento térmico Antigamente os processos térmicos eram determinados t~ntativamente, sem qualquer base científica, disso resultando freqüentes casos de deterioração e mesmo de intoxicações. Atualmente, essa determinação é baseada em ciência relativamente desenvolvida, envolvendo medidas acuradas, as quais são interpretadas por cálculos baseados em matemática superior. Durante o processamento térmico, o aquecimento e o resfriamento contribuem na letalidade do tratamento. O efeito letal desses períodos deve ser incluído na avaliação do efeito destrutivo do processo. Entre os métodos utilizados no cálculo do processamento térmico, podem ser citados: a) método geral ou gráfico, introduzido por Bigelow e outros (1920); b) método matemático (Ball, 1923); c) método nomográfico (Olson, Stevens e Roberts - 1938). É um método desenvolVido para facilitar o uso das equações matemáticas, reduzindo assim consideravelmente o tempo de solução do problema; d) método da régua de cálculo (American Can Company - 1951); e) método baseado nas tabelas de quocientes letais (Continental Can Company - 1952); f) método matemático modificado (Ball e Olson - 1957); g) método baseado no calculador NCA (National Canners Association). Atualmente a NCA (EUA) faz os cálculos dos processos através da utilização de computadores.

a) Método Geral ou Gráfico Bigelow e colaboradores desenvolveram, em 1920, o método geral para determinação do processamento ténnico que foi posterionnente melhorado por outros pesquisadores. O método é essencialmente um procedimento gráfico para integrar os efeitos letais de várias relações tempo-temperatura existentes num dado ponto do alimento, durante o processamento ténnico. De uma curva de destruição ténnica (DT), construída de acordo com uma certa relação tempo-temperatura, pode-se atribuir

ALTANIR JAIME GAVA

148

índices letais ("Iethal' rates") para cada temperatura representada pelo ponto da curva que descreve o aquecimento ou resfriamento do produto, durante o processo. O valor do índice letal atribuído a cada temperatura é numericamente igual à recíproca do número de fiÚnutos necessários para destruir uma certa porcentagem de esporos naquela temperatura, sendo representada a porcentagem de des· truição por todos os pontos da curva de DT. Assim, o tempo de destruição correspondente a certa temperatura é obtido da curva de DT do organismo para o qual um processo de esterilização está sendo desenvolvido. Por exemplo, se a curva de DT indica que 10 fiÚnutos são necessários a 240°F, o índice letal atribuído a esta temperatura é de 0,1. Então, 1etalidade pode ser deflllida como o produto do índice letal pelo tempo (em fiÚnutos) relacionado com uma certa temperatura. Durante o processamento térmico, a temperatura do recipiente aumenta até um máximo para depois descer durante o resfriamento. Uma curva ("Iethal-rate curve) é obtida relacionando-se os índices letais de diferentes temperaturas. A área da curva representa a letalidade total do processo e pode ser medida por um planímetro, método do retângulo, etc. Para estabelecer o tempo de processo, há necessidade de defmir uma unidade letal. O método geral foi aperfeiçoado posteriormente, incluindo a construção de uma curva hipotética de DT passando por um fiÚnuto a 250°F e a equação para cálculo do índice letal: 250- T

t

log F

tempq em minutos, necessário para destruir organismos a uma temperatura T.

onde

z

t/F

=

tempo para destruir organismos a tempo T se F = I

F It = índice letal A equação acima é obtida na curva de destruição térmica (figura 26).

I

,

I L:., I

I~

tempo

:..2,

~

:~: ~

, '"

___ ~3~ ~~-_-_-_-~~-_-_-==~ :

250-T

I I

I

: I

t.t..

:

:~

:

I

T

__

210 Temperatw:a (F)

Figura 26 - Curva de destruição ténnica.

,

230

250

PRINCI'PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

149

Da curva DT temos: log t -log F log 10 log

t

F

250- T

z

e

250 - T z

o processo de esterilização adequado pode também ser obtido pelo uso do valor D, como pode ser visto no exemplo dado posteriormente. b) Método Matemático A seguinte fórmula, idealizada por Ball, é utilizada para determinação do tratamento ténnico de um produto que apresente uma reta na curva de aquecimento em escala semilogarítmica: BB = fh (log jI - log g), onde: BB

tempo de processo, em minutos, à temperatura da autoclave

fh

inclinação da curva de penetração de calor

jI

fator de correção obtido aumentando-se a curva de aquecimento até interceptar o tempo em que começa o processo.

g

valor em graus, abaixo da temperatura da autoclave quando a parte reta da curva de aquecimento interceptar o tempo em que o processo de aquecimento tennina.

1.1.9 - Avaliação de um processo térmico (8)

Durante a pasteurização e "esterilização", os períodos de aquecimento e resfriamento contribuem para a letalidade do tratamento. Tais determinações são úteis na comparação da letalidade de diferentes processos, ou no conhecimento do tempo mínimo a uma certa temperatura da autoclave que será necessário para alcançar uma letalidade desejada. O efeito letal de qualquer intervalo de um processo depende do índice letal a uma certa temperatura e do tempo de exposição nesta mesma temperatura. O efeito letal cumulativo do tratamento térmico pode ser estimado por integração gráfica (método geral). O exemplo citado inclui uma integração gráfica para avaliar os efeitos letais do processo térmico.

ALTANIR JAIME GAVA

150

Exemplo No teste piloto de um detenninado alimento submetido a um processo HTST ("high temperature, short time"), um organismo X conseguiu sobreviver ao tratamento térmico. Os testes de laboratório estabeleceram para o organismo X um valor D2 5 o = 1,1 minutos e z = 20. A contagem inicial máxima de X no alimento foi estimada em lOS células/grama, e a embalagem utilizada tinha capacidade de 1.000 gramas. Dentro do processo desejável, deveremos encon· trar menos que um esporo viável por 10.000 latas. Temperaturas detenninadas em pontos selecionados do processo incluem: "Holding tube" o Aquecimento Tempo (segundos) Temperatura (F)

0,5 220

1,3 233

3,4 260

5,3 275

Entrada

Saída

8,3 284

12,3 284

6,5 281

Resfriamento 12,9 260

14,1 238

16,2 223

Pergunta-se: a) Qual o tempo mínimo necessário a 284°F para dar a destruição desejada; b) Calcular o F o do processo original e do processo recalculado.

Solução: Parte a: 1) A figura 27 mostra o gráfico calculado para o período de aquecimento inicial, tempo de aquecimento a 284°F ("holding time") e período de resfriamento.

280 270

u.

260

°E '"

o

2

4

6

8

10

Tempo em segundos

Figura 27 - Aquecimento e resfriamento do organismo X.

12

14

16

151

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

2) A equação para a curva de destruição ténnica do organismo X foi detenninada.

Para D 2S0 = 1,1 e z=20: log

1 D-r -log 1,1 =- W

10g D-r = 10g 1,1-

log DT = 0,0414 -

(T - 250)

'T - 250 20 T- 250 20

3) A tabela 17 foi calculada com as colunas conforme indicado. 4) Os intervalos de tempo apropriados para a integração gráfica foram selecionados arbitrariamente. 5) As temperatUras nos pontos médios dos intervalos de tempo arbitrários foram detenninadas através da figura 27. 6) Os valores D foram calculados para estas temperaturas conforme mostra a tabe· la 17. Alternativamente, poderíamos calcular os valores D através da curva de destruição ténnica. 7) Os valores recíprocos de D foram calculados para detenninar os índices letais ("lethal rates"). 8) O gráfico 28 foi construído usando-se os índices letais e os tempos correspon· dentes. A letalidade do processo é proporcional à área abaixo da curva, que pode ser detenninada pela soma dos retângulos, por planimetria, etc. Os retângulos na figura 28 mostram a relação entre cada índice letal e os intervalos de tempo de um segundo cada. A área abaixo da curva é aproximadamente aquela da soma dos retângulos. Este valor é dado pelo total da coluna multiplicado por t. T Na tabela 17, este valor foi obtido pela soma da coluna e por sua multi-

ri:;-

-riT

plicação pela soma de t, porque os intervalos foram os mesmos (no caso, de um segundo).

ALTANIR JAIME GAVA

152

30

lO +J Q)

....J Q)

20

.~

-o

...= I

r

10

rI

2

I

I

J J

I

I

4

8

l I

O

I

I

I I

I

I

10

I

12

I

14

I

16

Figura 28 - Gráfico dos índices letais contra o tempo correspondente.

o tratamento de referência usado neste cálculo é aquele necessário para uma redução decimal do organismo X. Entretanto, o processo obtém 5,60 reduções decimais. 9) Depois, determine o número de reduções decimais necessárias para o processo recalculado. O produto pode ter lOs esporos por grama; é embalado em latas de 1.000 gramas e deve ter menos de um esporo (sobrevivente) em 10.000 latas. Assim, para redução dos esporos viáveis para 1 por grama 5 D são necessários; para 1 por lata 5 + 3 = 8 D; e para uma em 10.000 latas 5 + 3 + 4 = 12 D. 10) Finalmente, calcule o necessário aumento no "holding tube" a 284°F: Processo original Necessário Aumento necessário

=

5,6 D 12 D 6,4D

Isto é, o "holding time" adicionado a 284°F deve alcançar 6,4 reduções decimais. D284 = 0,0219

153

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

Extra "holding time" necessário

0,0219 X 6,4 0,15 9,0 segundos

"Holding time" no processo original

12,3 - 8,3 = 4 segundos

"Holding time total a 284°F

4 +9 13 segundos

Parte b: O processo original é equivalente a 5,6 D a 284°F, e o processo recalculado a 12 D. Desde que D284 = 0,0219 minutos, os tempos correspondentes para os dois processos são 0,123 e 0,263 minutos, respectivamente. F o é o "holding time" equivalente a 250°F, assumindo z = 18.

tT 250 - T 10g - = Fo 18 ou log F o =10g tT =

250 - 284 18

log tT + 1,89

Para o processo original: logO,123 + 1,89

10g F o

1,090 + 1,89 -0,91 + 1,89 0,98 9,5 minutos. Similarmente, para o processo recalculad'o: Fo

=

20,4 minutos.

1.1.10 - Processamento de frotas e hortaliças apertizadas As operações do processamento de frutas e hortaliças apertizadas variam com a natureza do produto, mas certas operações básicas são comuns a muitos produtos apertizados, incluindo·se aqueles de origem animal.

~

't Tabela 17 - Cálculo das reduções decimais totais Tempo

--

Ponto médio

Intervalos 0,3 1,3 2,3 3,3 4,3

- 1,3 - 2,3 - 3,3 - 4,3 - 5,3 etc.

Temperatura (F)

T - 250

225 240,5 253 264 271,5 278 281,5 283,5 284 284 284 284 262 243 233 225

-25 -9,5 3 14 21,5 28 31,5 33,5 34 34 34 34 12 -7 -17 -25

0,8 1,8 2,8 3,8 4,8 5,8 6,8 7,8 8,8 9,8 10,8 11,8 12,8 13,8 14,8 15,8

T - 250 20 -1,250 -0,438 0,150 0,700 1,075 1,400 1,575 1,675 1,700 1,700 1,700 1,700 0,600 -0,350 -0,850 --1,250

log DT = 0,041 1,291 0,479 -0,109 -0,659 -1,034 -1,359 -1,534 -1,634 -1,659 -1,659 -1,659 -1,659 0,559 0,391 0,891 1,291

T - 250 20 1,29~

Q,479 1,891 1,341 2,966 ;641 b466 b366 2,341 ;341 b341 b341 1,441 0,391 0,891 1,291

1

DT

-DT

19,5 3,01 0,778 0,219 0,0925 0,0437 0,0293 0,0232 0,0219 0,0219 0,0219 0,0219 0,276 2,46 7,77 19,5

0,05 0,3 1,3 4,6 10,8 22,9 34,1 43,1 45,7 45,7 45,7 45,7 3,62 0,4 0,1 0,05 336,7

Obs.: a) Cada

t = 1 segundo

1 60

=-

. mmuto

-

1

~

1 X60

1

= 336 7 X - - = 5,60 '

5,60

»r -i » Z

:o

1 1 b) Para simplificar os resultados, o total da coluna - - pode ser multiplicado por DT 60 ~

_1_ X ~t DT

60



c!

~

o

co

::J

OI

I~II~ e

® .1

Figura 35 - Fluxograma da instalação de uperização (Cortesia da APV).

PRINCfplOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

175

15) 16) 17) 18) 19) 20)

Condensador; Bomba do condensado; Bomba de vácuo para os gases não condensáveis; Regulador de temperatura; Válvula de contrale de fluxo de vapor; e Regulador da temperatura de uperização. A figura 36 mostra uma fotografia do uperizador instalado numa indústria de laticínios brasileira.

Figura 36 - Uperizauor Instalado no Hrasil para produção de lei te longa vida (Cortesia da APV).

B ) Plflverização do Produto no Vapor

a) Ultra-Therm, da Cream Package Div. S1. Regis (EUA); b) Laguilharse, da Ets. Laguilharse (França). No sistema de aquecimento indireto, os alimentos fluidos ou semifluidos são aquecidos indiretamente em equipamentos como aquecedores tubulares, de placa ou trocadores de calor de superfície raspada, por meio de vapor que circula entre as paredes do trocador de calor. Da mesma forma, os alimentos são resfriados indiretamente, usando-se uma substância refrigerante em lugar de vapor.

ALTANIR JAIME GAVA

176

Entre os equipaJ.l1entos usados, podemos mencionar: A) Aquecedores Tubulares

a) Sterideal, da Stork (Holanda). b) Sistema CTA, da C.P. Division S1. Regis (EUA).

B) Aquecedores de Placas

a) Ultramatic, da APV. b) "Dual-Purpose System", da Alfa·Laval.

C) Aquecedores de Superficie Raspada (tambor)

a) "Votator Scraped Surface Heater", da Votator Division, Chermestron Corpo (EUA). b) "Swept Surface heater", da C.P. Division S1. Regis. (EUA). c) "Therutator heater", da Cherry Burrel (EUA). No Brasil, na produção do leite asséptico (leite longa vida) usa-se o sistema VTIS (injeção de vapor no produto) da Alfa-Laval, uperização da APV e Sterideal (trocador de calor tubular) da Stork. Entre as vantagens da esterilização UHT, podem ser mencionadas: a) menor sabor de queimado, b) menor alteração na cor; e c) menor destruição de nutrientes, especialmente de vitaminas. Entre as limitações do processo, podem ser citadas: a) transferência de calor dificultada por partículas sólidas; b) custo da embalagem asséptica; e c) certos defeitos, como gelatinização e desnaturação, podem ocorrem em certos produtos. 1.1.12 - Alterações dos alimentos apertizados As alterações dos alimentos apertizados podem ser de origem microbiológica, química e física. Dentre os vários tipos de alterações, o estufamento (bombeamento) adquire lugar de destaque. Os extremos da lata, que eram ligeiramente côncavos, passam a ser ligeiramente convexos, devido ao aumento da pressão interna pela formação de gases (C0 2 , H2 , etc.) como conseqüência da atividade microbiana ou ação química (corrosão).

PRINCI"PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

177

Nem sempre a decomposição microbiana se caracteriza pela produção de gás. Algumas vezes só há produção de ácidos, como é o caso de contaminações do tipo "flat-sour". Em outros casos, ao lado da formação do ácido, temos sempre a formação de um gás, como é o caso comum de decomposição por Oostridium sporogenes. Pela ação química geralmente teremos formação de gás, resultando com isto o estufamento do recipiente. Esse gás poderá ser o hidrogênio, o gás sulfídrico (ação dos componentes do recipiente) ou gás carbônico, resultante de certas reações, sendo o primeiro o mais importante. Quanto aos danos físicos, poderemos mencionar o efeito da congelação em um recipiente completamente cheio. Nos recipientes de vidro, a luz poderá catalisar certas reações, com conseqüências desagradáveis para o produto. O manejo impróprio dos alimentos no transporte poderá causar alterações na sua textura.

1.1.13 - Influência da apertização na qualidade do alimento

Infelizmente a aplicação de calor suficiente para a destruição dos microrganismos ou inativação das enzimas provocará mudanças indesejáveis no alimento como, por exemplo, alterações de cor, sabor, textura e valor nutritivo. A cor poderá sofrer alteração não só pela modificação estrutural de certas substâncias como pelo aparecimento de substâncias coloridas como nas reações de caramelízação e de Maillard. O sabor, aroma e textura são comumente alterados no processamento térmico de produtos apertizados. As proteínas poderão ser desnaturadas ao passo que os hidratos de carbono poderão participar de reações de escurecimento. As vitaminas são os nutrientes mais sensíveis e poucas perdas apresentam nos alimentos enlatados devidamente processados. A tiamina (B 1) é lábil ao calor e sua perda na apertização poderá ser consubstanciai, principalmen.te nos alimentos de baixa acidez. A riboflavina (B 2 ) é estável ao calor, porém, é sensível à luz; por isso, apresenta problemas em recipientes de vidro. O ácido ascórbico (vitamina C) é destruído por aquecimento a baixas temperaturas com tempo longo. A sua destruição é acelerada com o oxigênio, ions cobre e a oxidase do ácido ascórbico. De maneira geral, altas temperaturas com tempos curtos afetam menos as vitaminas hidrossolúveis do que os tratamentos a baixas temperaturas com tempos longos. A vitamina A é relativamente estável ao calor, porém seu aquecimento na presença do oxigênio causará perdas apreciáveis. Na ausência de ar, o tratamento a 116°C pouco efeito tem sobre a vitamina A. A vitamina D tem se mostrado moderadamente estável ao calor e resistente à oxidação. Entretanto, calor e oxigênio juntos causam sua destruição rápida.

178

ALTANIR JAIME GAVA

A vitamina E é estável ao c-alor na ausência de oxigênio, porém é rapidamente destruída na sua presença. A vitamina K é bem resistente aos tratamentos térmicos.

1.1.14 - Controle de qualidade de produtos apertizados

1.1.14.1 - Noções de controle de qualidade

Controle de qualidade pode ser defmido como a manutenção de qualidade em níveis de tolerância aceitáveis pelo consumidor ao mesmo tempo que minimiza os custos do produtor (14). O controle de qualidade na indústria alimentícia geralmente apresenta três objetivos básicos (10): 1) estar de acordo com a legislação; 2) manter e melhorar a qualidade a fun de aumentar o valor do produto na sua área de mercado; e 3) reduzir os riscos de deterioração e os prejuízos econômicos resultantes. As operações do controle de qualidade podem ser divididas em três áreas: inspeção e classificação da matéria-prima, controle das operações de processamento e exame do produto acabado. Um programa de controle de qualidade pode ser iniciado com o mínimo de despesas e ampliado quando surgirem novas necessidades. Uma parte do trabalho é efetuado na linha de produção, na inspeção de cada fase da operação; e a outra parte é no laboratório, local da conferência dos resultados de controle de qualidade da unidade (10). Na organização do controle de qualidade deve-se cuidar das especificações do produto, especificações do processo, inspeções de operação e relatório. As informações devem ser dadas em forma de relatório e submetidas à cúpula de administração e não à de produção (16). Deve ser lembrado que a qualidade de um produto fmal apertizado começa no campo, e que a matéria-prima deve ser controlada através de toda operação, para que a qualidade não seja prejudicada. Nenhuma operação na fábrica de produtos apertizados poderá melhorar o produto, ao passo que cada operação individual na fábrica poderá reduzir a qualidade, particularmente se não for adequadamente controlada. Portanto, o produto fmal apertizado jamais terá melhor qualidade do que o produto entrando na fábrica (12). Portanto, o controle será feito na matéria-prima (qualidade da água de lavagem, grau de maturação, textura, presença de insetos e microrganismos, etc.), passando pelas operações de processamento (salmoura ou calda, codificação, branqueamento, enchimento, exaustão, recravação, tratamento térmico e resfriamento) e exame do produto acabado.

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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Dentre algumas determinações do alimento apertizado pode-se mencionar vácuo, espaço livre, enchimento do recipiente, peso drenado, Brix, peso líquido, pH, acidez titulável, sabor, sanidade e estado do recipiente.

1.1.14.2 - Corrosão da lata Muito progresso tem ocorrido nos aspectos técnicos do acondicionamento, desde os primórdios do enlatamento, ainda que o critério de acondicionamento bem sucedido seja o mesmo até hoje, isto é, o produto enlatado deve permanecer em condições adequadas durante o tempo de prateleira do produto. A corrosão interna da lata difere da corrosão externa porque, no primeiro caso, praticamente não há ar presente ou pelo menos está presente em quantidade bem limitada (16).

A corrosão interna da lata é fundamentalmente eletroquímica. Constatou-se, há muito tempo, que o estanho na superfície da chapa de aço fornecia uma proteção de sacrifício ao aço base, quando em presença de alimentos quimicamente complexos. O objetivo último, evidentemente, era propiciar uma embalagem que apresentasse ao consumidor um produto que fosse agradável com características similares ao produto fresco. A chave é o tempo, uma vez que o sucesso da indústria de enlatamento depende de tomar os produtos alimentícios disponíveis a qualquer época e em qualquer lugar para uso a critério do consumidor. O termo associado com o tempo é a tempo de prateleira, que para alimentos enlatados oscila em tomo de dois anos. Dentre os diversos tipos de corrosão pode·se mencionar: a) Perfurações - São furos diminutos através do recipiente de metal, causado pela corrosão localizada de. ferro. Esse tipo de folha deve ser evitado porque não apenas a lata individual é perdida, como também é possível o estrago secundário de outras latas através da corrosão externa pelo produto extravasado. b) Estufamento ou ressaltas - ("Springer") - Os ressaltos ou estufamento de hidrogênio se evidenciam pela protuberância das extremidades da lata, causada pela formação de gás hidrogênio. Embora o produto possa ser satisfatório, o estufamento não é aceitável porque a deterioração do produto enlatado será geralmente associada com a mesma aparência externa. c) Destanhamento - É a dissolução do estanho da superfície da folha-de-flandres, e embora geralmente associada a este tipo de material, pode ocorrer através de fl.1mes de esmalte. Uma reação resultante numa cauterização generalizada da superfície estanhada é esperada para alguns produtos e é aceitável; áreas destanhadas localizadas, onde o metal base de aspecto escuro é exposto, podem não ser aceitáveis. Descoloração do produto geralmente acompanha o destanha·

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mento, podendo ocorrer também certas modificações de sabor. São alterações desejáveis para alguns produtos, já conhecidos pelo forte destanhamento como o aspargo. d) Enferrujamento - É a formação de óxido férrico, levemente aderente produzido por corrosão, de coloração castanho-avermelhada. A formação de ferrugem requer excesso de oxigênio, porque, quando se dá na lata geralmente se localiza no espaço livre. A corrosão pode continuar sob a camada de ferrugem quando há suficiente capacidade de corrosão, resultando então em perfuração. e) Manchamento - É a formação aderente preto-acinzentada de sulfeto de estanho (SnS) que se localiza na superfície da chapa e ocorre sob o fUme orgânico. t) Levantamento de esmalte - É o destacamento do fUme orgânico da superfície da chapa, ocasionado por bolhas ou pontas soltas do filme, podendo inclusive contaminar o alimento.

B) Corrosão ex tema a) Ferrugem - É a formação do óxido férrico (Fe203) de coloração castanho· avermelhada e levemente aderente, nos poros do revestimento de estanho. A ferrugem pode ocorrer durante o processamento e transporte em condições deficienteso b) Destanhamento - É a dissolução do estanho da superfície da folha·de·flandres que pode resultar em exposições localizadas do aço base, ou então, numa corrosão por toda a superfície, dependendo da severidade da reação e da causa desse ataque. O destanhamento pode ser causado pela água alcalina da autoclave ou pela água alcalina do enxaguamento, como também por equipamento enferruja. do em contato com as latas. c) Manchamento - É a formação de qualquer alteração de superfície além do des· tanhamento e ferrugem, que interfira na aparência normal brilhante da superfície do estanho.

1.1.14.3 - Inspeção da recravação

Durante a produção, é essencial que seja mantida uma supervisão constante, a flm de evitar desajustamentos grosseiros e de extremidades mortas, sobras de corte e outros defeitos similares da dupla recravação. A manutenção dessa inspeção constante pode ser feita de _vários modos, dependendo do tipo de máquina, velocidade da linha e disposição geral do equipamento. Essa inspeção pode ser melhor realizada pelo operador da recravadeira, treinando·o a reconhecer irregu· laridades pelo exame visual (10). A qualidade da recravação pode ser influenciada por diversos fatores como (16);

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PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

a) Condição da recravadeira - Fonnação de contornos próprios de recravação devido à operação mecânica e ajuste da recravadeira. As recravadeiras podem ser manuais, semi-automáticas e automáticas. b) Material da lata - Variações na espessura da follia-de-flandres. c) Tamanho da lata - O contorno do rolo muda com o tamanho da lata para acomodar variações na espessura da chapa. Uma boa recravação é aquela em que a primeira operação foi realizada suficientemente apertada para produzir o comprimento desejado do gancho da tampa e que, a segunda operação, foi suficientemente apertada para alisar as rugas no gancho da tampa sem esticar a follia. O comprimento de sobreposição ("overlap length") pode ser calculado pela seguinte fónnula: Comprimento teórico de sobreposição = CH + BH + T - W, onde CH

gancho da tampa ("cover hook")

BH

gancho do corpo ("body hook")

T

espessura da tampa ("cover thickness") geral considerada como 0,010 polegadas

W

em

largura da recravação ("seam width").

Estas dimensões deverão estar dentro de certos limites já conhecidos. Uma recravação poderá ser classificada também quanto ao seu número de rugas.

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PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

1.2 - Secagem A secagem é um dos processos mais antigos utilizados pelo homem na conservação de alimentos. É um processo copiado da natureza que foi aperfeiçoado pelo homem. Todos os cereais são conservados por secagem, sendo o processo natural tão eficiente que dificilmente requer a ajuda do homem. As vantagens da secagem são várias, entre as quais temos uma melhor conservação do produto e redução do seu peso. Isto falar em termos de preço, pois muitas vezes a secagem é mais econômica do que outros processos de conservação. Sabemos que a umidade é necessária ao crescimento dos microrganismos; assim, se diminuirmos bastante o seu conteúdo, estaremos criando condições desfavoráveis para o crescimento microbiano. A redução do peso (50 - 80%) é feita não s6 pela eliminação da água como também pela retirada de partes não comestíveis (casca, sementes, caroço, etc.). Haverá não s6 redução de peso como também de volume, o que terá importância na embalagem, no transporte e no armazenamento dos alimentos. Em média 1.000 quilos de fruta fresca fornecem 200 quilos de fruta seca. Alguns produtos quando submetidos a secagem conservam bastante intactas suas características físicas e nutritivas e, quando se lhes restituir a água, retornarão ao aspecto natural ou mudarão muito pouco. Os diversos processos de secagem dos produtos de origem vegetal e animal podem ser enquadrados dentro de dois grupos: - secagem natural ou ao sol e - secagem artificial ou desidratação.

sem

1.2.1 - Confronto entre secagem natural e desidratação O sistema a ser utilizado vai depender de diversos fatores, entre os quais podemos citar as condições climáticas da região, natureza da matéria-prima, exigências do mercado, custo de produção e mão-de-obra. O ponto principal é, sem dúvida, aquele relacionado com as condições climáticas da região. O clima deve ser seco, com grau higrométrico baixo, pouca precipitação pluviométrica, grande quantidade de horas de sol efetivas, boa evaporação, com um regime de ventos favoráveis e temperatura mais ou menos alta. Em caso contrário, deve-se recorrer à desidratação ou pelo menos a uma forma mista, a fun de poder salvar as contingências dos dias desfavoráveis. O custo de produção desempenha também um papel importante na escolha do sistema de secagem. A secagem natural, utilizando-se das condições do meio ambiente, é sempre realizada por um custo menor do que a artificial.

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Na desidratação, pelo fato de as condições serem controladas, teremos um melhor controle das condições sanitárias do produto, enquanto que, a céu aberto, o pó, os insetos, os pássaros e roedores, etc., serão importantes problemas. O espaço ocupado pela desidratação é bem menor do que a secagem ao sol. O tempo de duração da secagem natural é maior do que a desidratação. A cor da fruta seca ao sol pode apresentar-se melhor do que quando desidratada porque o desenvolvimento da cor em certos frutos não completamente maduros continua lentamente, durante a secagem natural. Isto não acontecerá na desidratação (3).

1.2.2 - Secagem natural É recomendável em regiões de clima seco, com boa irradiação solar e escassas precipitações pluviométricas, preferivelmente ventosas na época em que a secagem é realizada. Espanha, Grécia, Ásia, Califómia (América do orte) etc., são alguns lugares onde a secagem natural apresenta importância. Frutas, cereais, carnes e peixes são secados ao sol, destacando-se o primeiro tipo. Uva, ameixa, figo, tâmara, damasco, pêssego, pêra, etc., são exemplos de frutas que recebem esse tratamento. O local de secagem, de preferência, deve ser cercado e longe das vias de acesso, principalmente por causa do problema da poeira. Para um melhor resultado, convém que o tratamento seja dividido em duas fases: a primeira iniciada ao sol e continuada até que tenham as frutas perdido 50 a 70% de umidade, e a segunda à sombra, para que os produtos não se ressequem e não percam o sabor e o aroma naturais. Com a secagem total ao sol, freqüentemente os frutos escurecem e tomam-se coriáceos. A fonnação de uma camada dura, externamente na matéria-prima, poderá acontecer quando a temperatura do ar é alta e sua umidade relativa baixa. Com isto, a velocidade de evaporação da umidade que está na superfície do alimento é maior do que a difusão do líquido no interior do alimento, e assim fonnar-se-á uma camada endurecida que depreciará bastante o produto seco. É um problema mais crucial nos produtos desidratados. A secagem à sombra se faz melhor movimentando o ar com uso de ventiladores ou aspiradores em ambientes fechados (galpões). Esse ar deve passar preferivelmente por um dispositivo contendo algum desidratante (cloreto de cálcio, óxido de cálcio, ou ácido sulfúrico concentrado), que retém a umidade nele contida. Para a secagem ao sol são usadas construções ou canchas com piso de cimento ou de pedregulho, que irradiam calor, e dotados de suportes (cavaletes ou armações) para os tabuleiros, que devem ser dispostos de modo a sofrerem uma boa irradiação

PRINC(PIOS OE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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e pennitirem a fácil circulação de ar quente sobre e entre os mesmos. Os tabuleiros são colocados uns sobre os outros, com espaço suficiente para a ventilação e com possibilidade de se colocar superiormente um abrigo de vidro ou de tela contra insetos, chuva, pós, etc., os tabuleiros não devem ser muito grandes a ponto de dificultarem os trabalhos. São feitos de madeira e telas metálicas ou de nylon, comportando pesos variáveis de frutas, conforme a espécie a dessecar. As suas dimensões médias podem ser: 0,6 m X 0,9 m

para uvas e ameixas (8 a 10 quilos);

0,9 m X 1,8 m

para pêssegos, damascos, péras (22 a 27 quilos);

0,9 m X 2,4 m

para ameixas (32 a 43 quilos).

Os tabuleiros podem ser dispostos em três camadas superpostas, que são gradativamente baixadas, retirando-se a inferior e substi.tuindo-se por nova camada na parte superior. Assim, o fun da secagem é feito à sombra. Deve-se deixar caminho entre os tabuleiros para o trabalho e prever-se fácil escoamento das águas de limpeza e possíveis chuvas. O tempo necessário para a secagem depende da variedade da fruta, ou seja, de sua maior ou menor porcentagem de água ,da maior ou menor irradiação solar, podendo ser calculado, em climas apropriados, em 2 a 12 dias. Para hortaliças o tempo é calculado em algumas horas, e o ponto de secagem apresenta um teor de umidade muito menor que o das frutas, com características próprias. A urnidade, que é de cerca de 90% na fruta fresca baixará para 20 a 25% na fruta seca. Aqui no Brasil a secagem natural não apresenta importância prática. Apenas a banana (banana seca) em alguns pontos do país é processada, porém em condições bastante empíricas. Café, cacau e carne (charque) são outros exemplos de produtos agrícolas secados naturalmente no nosso país.

1.2.3 - Desidratação É a secagem pelo calor produzida artificialmente em condições de temperatura, urnidade e corrente de ar cuidadosamente controladas. O uso de alimentos desidratados teve um estímulo muito grande na Segunda Guerra Mundial, tendo a Universidade da Califórnia (Davis - EUA) sido o principal centro pesquisador de frutas e hortaliças desidratadas. Os produtos alimentícios podem ser secados com ar, vapor superaquecido, no vácuo, em gás inerte ou pela aplicação direta de calor. O ar é aquele que apre· senta maior importância prática. O ar é o mais usado meio de secagem por causa de sua abundância, conve· niência e porque o seu controle no aquecimento do alimento não apresenta maio-

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res problemas. Não.é n.ecessário nenhum sistema de recuperação da umidade como nos outros gases. O ar conduz calor ao alimento, provocando evaporação da água, sendo também o veícuI-o no transporte do vapor úmido liberado do alimento. Necessita-se mais ar para conduzir calor ao alimento (S a 7 vezes mais) do que para transportar vapor da câmara de secagem. O volume de ar necessário para evaporar uma certa massa de água dependerá da temperatura. A velocidade do ar mais conveniente é variável conforme o tipo de desidratador, e pode variar de 90 a 300 metros por minuto. A velocidade de evaporação da água do alimento, além da velocidade do ar, depende de sua área superficial e porosidade numa razão diretamente proporcional.

Tipos de Desidratadores Existem diversos tipos de desidratadores usados normalmente e uma série de outros, patenteados, mas que não apresentam importância prática muito grande. A escolha de um determinado tipo é ditada pela natureza do produto que vai ser desidratado, pela forma que se deseja dar ao produto processado, pelo fator econômico e pelas condições de operação. De modo geral, poderemos dividir os secadores em duas classes: 1) Secadores adiabáticos: quando o calor é conduzido por meio de ar quente. este grupo incluímos o secador de cabine, secador de túnel, atomizador ("spray-dryer"), leito fluidizado, fomos secadores, "puff-dryer" e "foam mat dryer" . 2) Transferência de calor por superfície sólida: geralmente nestes tipos trabalha-se com vácuo. Aqui temos o secador de tambor ("drum-dyer") e outros desi· dratadores a vácuo. A liofilização é um sistema especial de secagem (com congelamento e sob vácuo) e será descrito mais adiante.

1) Secadores Adiabáticos

a) Secadores de Cabine: são constituídos de uma câmara que recebe as bandejas com o produto a secar. Em secadores maiores, as bandejas são colocadas sobre vagonetes, facilitando, assim, o manejo. O ar, impulsionado por um ventilador, passa por um sistema de aquecimento (resistência elétrica, por ex.) e dá entrada na câmara, passando pelo material que está secando. Para o trabalho de secagem, são as câmaras cheias e, quando a temperatura desejada é atingida, inicia-se o movimento do ar quente. Quando a construção o permite, é preferível introduzir o produto no momento em que a temperatura e a circulação estão perfeitamente reguladas.

PRINc(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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No controle da temperatura, recomenda-se um aquecimento gradual no princípio, para que os frutos não arrebentem nem endureçam externamente. A melhor temperatura é a de 50 - 70°C, começando-se com 50 - 60°C e elevandose até 70°C, que é mantida até o fmal do processo, levando 3 a 8 horas, em média, dependendo do tamanho dos pedaços ou dos produtos. A movimentação da posição dos tabuleiros é aconselhada, num certo intervalo de tempo. O tempo de secagem é variável, dependendo de vários fatores, mas de um modo geral temos: Maçãs em rodelas Pêras cortadas em dois pedaços Pêssegos em rodelas Ameixas inteiras Uvas

5 a 6 horas 7 a 9 horas 7 a 10 horas 16 a 20 horas 5 a 6 horas

No fIm da secagem, muitas vezes os pedaços ou os frutos .não se mostram uniformemente secos, acontecendo o mesmo com partes do mesmo fruto ou áreas do mesmo pedaço, motivo pelo qual devem ser conservados em compartimentos apropriados, (estufas) com temperatura de 15 a 20°C, durante 15 a 60 dias. Assim os frutos melhoram o gosto, aspecto e textura, dando um lote de melhor unifonnidade. A embalagem dos produtos secos é bastante variável, aparecendo, cada dia que passa, um novo sistema no mercado. A cabine secadora, de fácil manutenção e bastante flexibilidade, é a que, em geral, menor preço de construção oferece. É comumente utilizada em pesquisas de desidratação de frutas e hortaliças, e em operações comerciais de pequena escala. b) Secadores de Túnel: são bastante usados na desidratação de frutas e hortaliças. São constituídos de túneis de 10 a 15 metros de comprimento, que recebem no seu interior transportadores ou vagonetes com a matéria-prima. são construídos de tal maneira que a matéria prima colocada no vagonete ou no transportador, entra por uma das extremidades e sai na outra, completamente seca. O meio de secagem é o ar quente, que poderá, em relação à movimentação do produto, ser de corrente (fluxo) paralela, oposta ou combinada. A corrente de ar poderá ser natural ou forçada. A movimentação do ar em fluxo paralelo apresenta a vantagem de que o ar mais quente entra em contato com o produto mais úmido, e, portanto, pode-se usar ar bastante aquecido. Por outro lado, no extremo do túnel (saída) o ar é mais frio e mais carregado de umidade, podendo o produto fmal não estar suficientemente seco. Na movimentação em corrente oposta, o ar mais quente entra em contato primeiro com o produto mais seco, e assim poderemos ter um produto mais seco. O produto seco não pode permanecer muito tempo no túnel porque, ao entrar em contato com o ar mais quente, poderá receber um aquecimento demasiado. Em geral, o túnel em contracorrente utiliza menos calor e dá produto mais seco do que o fluxo paralelo. Entretanto, possui a desvantagem de ser mais demorado por não receber um calor necessário no período de secagem com velocidade constante.

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Em alguns casos, combinam-se os dois tipos em uma só unidade. O produto é colocado primeiro no fluxo paralelo para aproveitar a alta velocidade inicial de secagem e depois em contracorrente, para se obter um produto mais seco (3). A velocidade de secagem é afetada pelas propriedades do ar de secagem e da matéria-prima. As propriedades importantes do ar são: temperatura, umidade e a sua velocidade. As propriedades da matéria-prima a considerar são: tipo e a variedade do material, o seu conteúdo em umidade livre, os tratamentos recebidos anteriormente à secagem e o tamanho e porosidade das porções. Tem-se dividido o processo de secagem em duas partes: uma a velocidade constante e a outra quando ocorre uma queda na velocidade de secagem. Na primera, a velocidade de secagem é governada pela rapidez com que o ar oferece calor à água na partícula alimentícia e assim eliminar o vapor de água produzido. Durante esse período, a água se difunde para a superfície da partícula tão rapidamente ·quanto possa ser evaporada. Geralmente a temperatura da partícula é a do bulbo úmido do ar em contato com a matéria-prima. Entretanto alcança-se um ponto onde a água não pode difundir-se para a superfície na mesma velocidade em que é evaporada. Então a velocidade de secagem é controlada pela velocidade de difusão. À medida que o conteúdo de umidade diminui, baixa a velocidade de difusão e diminui, a velocidade de secagem. O gráfico abaixo mostra o que acabamos de dizer. 100

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8

sólidos totais Tempo

Figura 37 - Velocidade de secagem.

O material sólido da partícula começa a absorver calor do ar e a temperatura da matéria-prima começa a aproximar-se da temperatura do bulbo seco do ar. A velocidade de secagem durante o período de velocidade constante é governada, principalmente, pelas propriedades do ar de secagem. O ar tende a resfriar-se porque fornece calor não só para a água como também para o sólido (partículas da matériaprima). Já que a água e o sólido se encontram na temperatura do bulbo úmido, o calor disponível é determinado pela diferença entre as temperaturas do bulbo úmido e do bulbo seco do ar, mais do que pela temperatura absoluta do ar. A pressão de vapor da água no sólido é a da água na temperatura do bulbo úmido do ar, enquanto que a pressão de vapor da água no ar é menor. A diferença entre as duas

PRINCfplOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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pressões de vapor detennina a velocidade com que o vapor-d'água pode ser absorvido pelo ar. Portanto o ar não pode ser resfriado até o ponto em que não possa absorver o vapor-d'água produzido. A velocidade do ar é importante porque numa mesma unidade de tempo teremos mais ar disponível conforme o aumento da velocidade e portanto maior calor disponível para o arraste da água. Também os coeficientes de transferência de calor e de massa são funções da velocidade do ar (3). A diferença entre as temperaturas do bulbo úmido e do bulbo seco (depressão do bulbo úmido) governa a velocidade de secagem numa determinada velocidade do ar. Quanto maior a depressão do bulbo úmido, maior será a velocidade de secagem. A velocidade de secagem é influenciada também pelo sistema de carga das frutas dentro das caçambas ou do transportador, pois afetará o contato entre o ar e a parte alimentícia sólida. A forma da matéria-prima tem algum efeito porque está relacionada com a área superficial e seu peso. A natureza e a espessura do produto alimentício apresentam importância. A superfície do produto possui um conteúdo de umidade que está em equilíbrio com o ar de secagem. Esta umidade de equilíbrio é chamada de umidade crítica. A diferença entre os dois níveis de umidade ocasionará a difusão e, à medida que diminui essa diferença, diminui a velocidade de difusão e, por conseguinte, a velocidade de secagem (3). A água, ao sair do produto natural, deixa vazios e, quando a temperatura é baixa, a superfície externa se encolhe para dentro, produzindo uma aparência enrugada. Quando a temperatura é alta, a superfície externa seca suficientemente rápido para formar uma camada exterior coriácea, que resiste às forças que as estiram para dentro. Neste caso, teremos, a formação de um centro oco. O secador de túnel é bastante usado na secagem de frutas, hortaliças (cebola, alho, batatinha, etc.) e massas alimentícias. A figura 38 mostra um secador de túnel utilizado na secagem de massas alimentícias instalado na Sociedade Anônima Martuscello (Bel-Prato). c) Atomizador: a secagem por atomização, pulverização ou "spray-drying" é um processo contínuo onde um líquido ou pasta é transformado em produto seco, caracterizando-se pelo tempo de secagem relativamente curto. O processo consiste basicamente na atomização do líquido num compartimento que recebe fluxo de ar quente. A rápida evaporação da água permite manter baixa a temperatura das partículas de maneira que a alta temperatura do ar de secagem não afete demasiadamente o produto. É utilizado não só na indústria alimentícia (leite em pó, café solúvel, etc.) mas também na indústria farmacêutica, cerâmica, detergentes, etc. A operação de atomização está baseada em quatro fases (8): - atomização do líquido, - contato do líquido atomizado com o ar quente, - evaporação da água e - separação do produto em pó do ar de secagem. A pulverização do líquido na câmara de secagem poderá ser feita por discos ou bicos atomizadores. No primeiro caso (sistema centrífugo), um disco ranhurado,

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!'igura 38 - Secador de túnel usado para massas alimentícias (Cortesia da Soe. Anônima Martuscello).

girando a alta velocidade, pulveriza o líquido e projeta as gotículas de maneira radial ao fluxo de ar quente que entra pelo dispersor de ar situado na parte superior da câmara. A câmara tem normalmente uma forma cilíndrica na sua parte superior e cônica na sua parte inferior. A atomização através de bicos especiais poderá ser ocasionada por bombas de alta pressão ou por sistema pneumático (ar comprimido). O aquecimento do ar pode ser feito por contato indireto (tubulações aletadas aquecidas por vapor, óleo ou sistema elétrico) ou por queima direta de gás, óleo ou outro combustível. É muito importante r.as características do pó fmal a maneira com que o ar quente entra em contato com o líquido atomizado. O fluxo de ar quente é normalmente introduzido na câmara, através do dispersor de ar localizado na parte superior da mesma. O líquido pulverizado poderá ter o mesmo fluxo do ar quente (fluxo paralelo) ocorrendo, neste caso, um contato da partícula com ar de temperatura cada vez mais baixa. É um sistema usado para produtos mais sensíveis ao calor. o fluxo em contracorrente, o líquido é pulverizado numa posição oposta à entrada de ar quente, ocorrendo o contato da partícula mais seca com o ar mais quente. Tal sistema utiliza eficientemente o calor, sendo indicado para produtos não sensíveis ao calor. Alguns atomizadores usam o sistema misto, combinando os dois tipos descritos.

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PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

A evaporação da água do líquido pulverizado (névoa) Ocorre na câmara de secagem, quando o ar quente (180° - 230°C) entra em contato com a partícula úmida. A construção da câmara e as condições de trabalho são ajustadas de modo a ocorrer uma evaporação necessária de água, sem elevar demasiadamente a temperatura do produto. A separação do produto seco do ar de secagem tem Importância sobre as características do pó final, devido ao manuseio mecânico usado nesta separação. Excessivo manuseio mecânico resulta num pó mais fmo. Os atomizadores usam dois sistemas básicos r1e separação: 1) A separação principal do pó ocorre na parte inferior (base) da câmara de secagem. O ar de secagem sempre arrasta partículas finas que são recuperadas em sistemas de separação, usualmente ciclones. O pó mais fmo, coletado no ciclone, poderá ser misturado ou não com o pó obtido na base do atomizador. A figura 39 mostra o esquenw de funcionamento de um atomizador deste tipo onde os dois tipos de pós são misturados antes da embalagem. 2) A separação do pó OCOfJ e somente em sistemas de separação (ciclones), sendo necessário assim um número maior de ciclones (3 a 8, dependendo de cada tipo). atomização

aquecimento do ar

produto

I

pó

Figura 39 - Esquema básico de funcionamento de um atomizador (8).

As quatro fases da atomização interferem nas características do pó final. Assim, a maneira de atomizar e as propriedades do líquido atomizado influenciam o tamanho da partícula sólida, sua densidade, aparência e umidade. Já o contato líquido, ar quente e a evaporação influenciam a densidade do pó, aparência, umidade, retenção de aroma e sabor. Como já foi mencionado, a técnica de separação do pó do ar de secagem influencia a granulometria do produto desidratado. As variáveis importantes no controle das características do pó final podem ser assim resumidas: líquido atomizado (teor de sólidos, número e tamanho de partículas e viscosidade); ~tomizador (tipo e mecanismo de funcionamento); ar de secagem (velocidade, temperatura do ar de entrada e temperatura do ar de saída).

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A figura 40 mostra uma fotografia de um atomizador piloto, instalado no Departamento de Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro e capaz de evaporar 10-20 kg de água por hora. A câmara de secagem tem uma altura de 2,30 metros e um diâmetro de 1,50 metros, sendo o ar aquecido pela queima do gás engarrafado.

Figura 40 - Atomizador-piloto (Cortesia do DTA da Univ. Fed. Rural do RJ).

Os atomizadores industriais são bem maiores, evaporando cerca de 500 a 1.500 kg de água por hora. A figura 41 mostra uma fotografia da parte inferior, cônica, de um tipo industrial. Assim, a atomização consiste basicamente em colocar ar quente (180° - 230°C) em contato com um líquido pulverizado ocorrendo rapidamente a evaporação da água e a deposição do pó na parte inferior do aparelho. O ar de secagem sai pela parte inferior do equipamento a uma temperatura de 60° a 100°C, passando por ciclones para recuperar partículas finas, (através da força centrífuga) e dando saída para a atmosfera através de chaminés. d) Secador de Leito Fluidizado: a secagem de leito fluidizado ("fluid bed drying") é baseada num sistema contínuo de secagem, onde o material a ser desidratado colocado numa esteira perfurada recebe ar quente pela parte inferior, adquirindo, como conseqüência, uma movimentação similar a um líquido em ebulição e daí o nome fluidizado. O ar de aquecimento ou de resfriamento dá

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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-~Figura 41 - Atomizador industrial mostrando a sua parte mfenor e acoplado ao secador de leito fluidizado (Cortesia de Niro Atomizer).

entrada pela parte inferior e passa para um ciclone onde são recuperadas as partículas fmas que foram arrastadas no processo. A figura 42 mostra o esquema de funcionamento de l;m secador de leito fluidizado onde: 1) entrada do proéulO, 2) secador de leite: fluidizado, 3) sistema de aqu~cime.nto do ar, 4) exaustor, 5) fIltro de ar, 6) ciclone, 7) saída do produto desidratado, 8) granulador. É um sistema de secagem muito usado em conjunto com um atomizador, objetivando aglomerar ou instantaneizar um produto e isoladamente como método de secagem de produtos alimentícios. e) Fornos Secadores: os fomos secadores ("kiln") são construções, em geral de dois pisos, usados em alguns países na secagem de malte, lúpulo, maçã e batata. Na parte superior coloca-se o produto a desidratar. O ar quente, obtido no primeiro piso pelo uso de forno ou estufa, passa pelo produto por movimentação natural ou com a ajuda de ventilador. O material é mantido em contínua agitação, sendo o tempo de secagem relativamente longo.

ALTANIR JAIME GAVA

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.(l7 5

L.

Figura 42 - Secador de leito f1uidizado (Cortesia da

iro Atornizer).

f) "PuffDryer": é um sistema especial de desidratação utilizado na secagem de cereais expandidos e sucos de frutas. O produto desidratado apresenta uma estrutura porosa que permite uma boa reconstituição em água fria ou outro líquido qualquer. g) Fomatizador: no fomatizador ("foam·mat dryer") o líquido a ser desidratado é transformado numa espuma estável para dar maior superfície de evaporação antes de receber o ar quente num sistema contínuo sinúlar ao túnel de secagem (13).

2) Secadores com Transferência de Calor por Superf(cie Sólida

a) Secador de Tambor: é um secador também conhecido com o nome de rolo secador ("drum-dryer" ou "roller-dryer"). É constituído de um ou dois tambores, rotativos, com diâmetro variável (0,5 a 1,5 metros), medindo 2 a 5 metros de comprimento, aquecidos internamente pelo uso de vapor e usados na desidratação de produtos especiais, principalmente aqueles com alto teor de amido. É o processo antigo de fabricação de leite em pó, sendo hoje usado na produção de leites modificados, em pó. A suspensão é depositada na superfície externa do tambor numa película fina, recebendo o calor através da sua parede. O tambor pode estar na pressão atmosférica ou mantido em pressão reduzida (vácuo). Uma lâmina raspa o produto seco dos cilindros (tambores) que estão girando em baixa rotação. A película seca é então moída para dar ao produto final a forma de um pó rmo.

PRINCIPIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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b) Desidratadores a Vácuo: vários desidratadores a vácuo possuem um sistema de aquecimento indireto, através de superfícies sólidas. São de difícil manejo e custo elevado e por isso de pouco uso na indústria alimentícia. A liofilização é um sistema especial de desidratação a vácuo e será discutida mais adiante.

1.2.4 - Instantaneização Os alimentos instantâneos são produtos que se dissolvem facilmente em água. As propriedades instantâneas de alguns produtos, podem ser obtidas na operação de secagem, auxiliada pelo uso de substâncias dispersantes. Já outros produtos necessitam duma mudança física na estrutura da partícula conseguida pelo processo de aglomeração. A aglomeração pode ser defInida como sendo o reagrupamento de pós fInamente divididos, visando obter partículas de maior tamanho e de identidade física própria (14). O processo de instantaneização tem sido utilizado em leite em pó, café solúvel, cacau, bebidas em pó, sopas desidratadas, farinhas, pudins desidratados e outros produtos alimentícios. O processo de dissolução do pó em água é muito complexo, envolvendo determinadas propriedades, dentre as quais podem ser mencionadas (5):

- Molhabilidade ("wettability"), que é a capacidade do pó de adsorver água na sua superfície. Pós com grande quantidade de gordura (leite em pó integral, por exemplo) apresentam uma molhabilidade ruim. - Imersibilidade ("sinkability"), que é a capacidade do pó de imergir na água após ter sido umedecido. Esta propriedade depende da diferença de densidade entre o pó e o líquido de reconstituição. A densidade da partícula é determinada não só pelo produto em si mas também pelo volume de ar presente nos chamados vacuolos da partícula. - Dispersibilidade ("dispersibility"), que é a capacidade do pó de se dispersar na água como partícula simples, ou, em outras palavras, é a capacidade do aglomerado de se separar. É medida como o tempo necessário para uma determinada quantidade de pó dispersar-se em água. - Solubilidade , que é uma característica que está relacionada com a velocidade de dissolução e com a solubilidade total. Em Química, a solubilidade é uma constante da substância, relacionada com a quantidade de material dissolvido numa solução saturada. A aglomeração é ainda o mais importante processo de tomar um produto instantâneo e pode ser explicada da seguinte maneira. Ela produz um aumento

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na quantidade de ar entre as partículas. O processo de reconstituição começa pelo umedecimento da partícula e subseqüente substituição do ar intersticial por água. Se o volume de ar é pequeno como em pós não aglomerados, a quantidade de água também será pequena. Assim haverá pouca água para as partículas sólidas, resultando numa solução concentrada de alta viscosidade ao redor das mesmas. Já quando o volume de ar é grande, a quantidade de água também será grande, facilitando assim a dispersão antes da formação de soluções de alta viscosidade. Em outras palavras, o objetivo da aglomeração é melhorar a dispersibilidade (5). Há dois métodos básicos de aglomeração: o de reumedecimento e o acoplado. O processo de reumedecimento ("rewet") está baseado nos seguintes pontos: umedecimento da superfície da partícula com vapor, água pulverizada ou uma mistura dos dois; aglomeração, onde as partículas colidem devido à turbulência e aderem uma às outras formando aglomerados; 0 secagem com ar quente (90° - 120 e); e resfriamento e classificação visando eliminar as partículas menores e os aglomerados de grande tamanho (biscoitos). O primeiro processo de aglomeração foi utilizado nos EUA em 1954 (processo Peebles), no preparo de leite instantâneo. A figura 43 mostra o esquema de tal processo onde: I) depósito de água, 2) bomba, 3) bico pulverizador, 4) alimentação do pó, 5) câmara de umedecimento, 6) secador de leito fluidizado, 7) sistema vibratório, 8) aquecimento do ar, 9) saída do pó aglomerado.

Figura 43 - Esquema do processo de aglomeração "rewet" (5).

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PRINcrPIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

Na prática, o pó com 3% de água é reumedecido para 6 - 12%, sendo posteriormente secado até ter novamente 3% de água. No processo acoplado ("straight-through"), o pó deixa o atomizador com maior teor de água (6 - 12%), sendo logo após secado num leito fluidizado até atingir cerca de 3% de água. ar atomização

7

aquecimento do ar

resfriamento

Figura 44 - Atomizador com aglomerador do tipo acoplado (8).

Produtos em pó com certa quantidade de gordura apresentam molhabilidade ruim, apesar de serem aglomerados. A gordura forma uma película na superfície da partícula, tornando-a repelente à água. Agentes tensoativos (emulsificantes) como, por exemplo a lecitina, são utilizados (0,2 a 2%) para melhorar a dissolu· ção de pós, principalmente do leite integral em pó. Entre as várias marcas comerciais de aglomeradores, podem ser citadas: Niro, Anhydro (APV), Blaw-Knox, Cherry-Burrell (ARCS), Peebles e TREV.

1.2.5 - Liofilização Liofilização ou criosecagem ("freeze-drying") é um processo de desidratação de produtos em condições de pressão e temperatura tais que a água, previamente congelada, passa do estado sólido diretamente para o estado gasoso (sublimação). Como este processo é realizado à temperatura baixa e na ausência de ar atmosférico, as propriedades químicas e organoléticas praticamente não são alte· radas. Mencionaremos algumas modificações indesejáveis que podem ocorrer na

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secagem comum a altas temperaturas ou na secagem a vácuo sem congelamento prévio (11): contração pronunciada dos produtos sólidos, migração de sólidos solúveis para a superfície durante a secagem, desnaturação de proteínas, perda de compostos voláteis, formação das camadas duras e impermeáveis na superfície, dificuldade de re-hidratação posterior devido aos fatores anteriormente citados. Esses inconvenientes são contornados na desidratação por liofilização.

Fundamentos físicos da liofIlização Dependendo das condições de temperatura e de pressão, qualquer substância pode se apresentar sob'um dos três estados de agregação: sólido, líquido ou gasoso. Em determinadas condições, podem coexistir duas fases. Ainda em condições fixas e características para cada substância, podem coexistir 3 fases. Em um sistema de coordenadas cartesianas, a uma certa temperatura e pressão (características que possibilitam a coexistência das três fases) poderemos ter o chamado "ponto triplo".

sólido P gás

T

'Figura 45 - Ponto triplo das substâncias.

À temperatura e pressão mais baixas que a característica do ponto triplo, a fase líquida deixa de existir e a substância passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso e vice-versa, dependendo das condições. O ponto triplo da água é defmido por uma temperatura de aproximadamente oOe e pressão de 4,7 mm de mercúrio. Entende-se, portanto, que todo processo de liofilização deva ser feito à temperatura inferior a oOe e pressão inferior a 4,7 mm de Hg.

199

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

aquecimento condensador produ to --r=-:.---,----,,--:;--:-__=_

----

/

câmara

compressor

bomba de vácuo _ _+--_

Figura 46 - Esquema sumário de um liofIlizador (11).

Devido às baixas pressões, a câmara de liofllização e o condensador devem apresentar, preferivelmente, a forma esférica ou cilíndrica com calotas esféricas. O tubo que une a câmara ao condensador deve possuir dimensões grandes, devido ao enorme volume de vapor-d'água à baixa pressão que por ele flui. O sistema de aquecimento na câmara e o sistema de refrigeração do condensador devem ser de grande capacidade e área para permitir ciclos curtos. A temperatura é medida por pares termoelétricos ou termômetros de resistência colocados em diversos pontos da câmara de liofilização e do produto a liofilizar. O sistema produtor de vácuo pode ser constituído por bombas mecânicas (alternativas ou rotativas) ou por ejetores de vapor de várim estágios. Este último tipo de equipamento pode ser usado com ou sem condensador, enquanto que a bomba mecânica é sempre associada a condensadores. Em vários países a liofllização é utilizada em alimentos caros {café, cogumelos, camarões) pois é um processo calculado em 5 a 10 vezes mais dispendioso que os processos convencionais. No Brasil, até poucos anos, a liofllização era conhecida somente em laboratórios farmacêuticos no preparo de medicamentos, antibióticos e vitaminas, de maneira a permitir a manutenção das suas atividades biológicas, mesmo quando conservados em condições de temperatura ambiente. O café liofilizado é o exempl'o mais importante do uso da liofllização em alimentos no nosso país. Os liofllizadores industriais podem ser descontínuos ou semicontínuos. Normalmente o alimento congelado a -40°C é conduzido para câmaras de alto vácuo onde o aumento da temperatura irá acelerar a sublimação da água. A embalagem dos produtos alimentícios liofllizados é muito importante já que o teor de umidade deve ser mantido baixo.

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1.2.6 - Alterações provocadas pela desidratação Entre as alterações mais importantes podemos mencionar aquelas relacionadas com o valor nutritivo e propriedades organoléticas (cor, sabor, aroma, etc.). O alimento seco perdeu um certo conteúdo de umidade e por isso haverá um aumento na concentração dos nutrientes por unidade de peso, comparando com o produto fresco. Quando reconstituído ou re-hidratado, assemelha·se bastante ao produto natural, nunca chegando a igualar-se por causa das perdas de certos cons· tituintes, principalmente as vitaminas. É de esperar-se que as vitaminas solúveis na água sejam parcialmente oxidadas. A destruição das vitaminas dependerá do cuidado na preparação do produto para a secagem, do processo de secagem selecionado, do cuidado na sua execução e das condições de armazenamento do produto seco. A ribof1avina é ligeiramente sensível, enquanto que o ácido ascórbico e caroteno são bastante afetados pelos processos de oxidação. A tiamina é sensível ao calor e destruída pela sulfuração (tratamento com o enxofre). As frutas podem ser secas ao sol, artificialmente, ou com a combinação dos dois métodos. A secagem ao sol afeta bastante o teor de caroteno e o teor de vitamina C. A liofllização retém bastante a vitamina C e outros nutrientes. A retenção de vitaminas nos alimentos desidratados é, geralmente, superior à dos alimentos secos ao sol. As hortaliças sofrem perdas semelhantes às frutas. Quanto às proteinas, as perdas do valor biológico dependerão dos métodos de secagem. As exposições prolongadas a altas temperaturas podem afetar as proteínas, enquanto que os tratamentos à baixa temperatura podem aumentar a digestibilidade das proteínas comparando com o produto inicial. Quanto às gorduras, o .problema é mais sério já que a rancidez é maior em altas temperaturas, sendo recomendável o uso de antioxidantes. Os hidratos de carbono apresentam nas frutas problemas porque ocorrem em grande quantidade. O escurecimento é um problema comum e poderá ser ocasionado por enzimas ou ser químico. A formação de pigmentos escuros (melanoidinas) acontecerá após uma série de reações complexas. Dióxido de enxôfre e antioxidantes têm sido usados para evitar as reações de escurecimento.

1.2.7 - Influência da desidratação sobre microrganismos e enzimas A retirada da água é um método de controle do crescimento microbiano, já que os microrganismos necessitam de água disponível para desenvolver suas atividades metabólicas. Certos mofos podem crescer em substratos alimentícios com umidade baixa, como 12%, e, inclusive, conhecem-se alguns que crescem em alimentos com menos de 5% de umidade. As leveduras e bactérias requerem níveis mais altos de umidade, ao redor de 30%. As frutas secas apresentam 15 a 25% de umidade, e, por isso, poderão receber poucos microrganismos, dependendo de outros fatores. As frutas

201

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

podem ser conservadas com 15 a 25% de umidade, enquanto que produtos que contenham bastante amido precisam ir de 2 a 5% de umidade, por causa do efeito osmótico. Para elucidar melhor, vamos dar o seguinte exemplo: Temos duas soluções, uma com glucose a 20% e a outra de amido a 20%. Uma concentração em ambas fornecerá um teor de 70%. Então teremos: Glucose:

Amido:

20%

20%

.j.

.j.

70% ou 700 gJl

70% ou 700 g/l

PM = 180

PM = 70.000

Para o número de moles: 700 180

700 - = 0,01

= 3,89 moles

70.000

moles

Vemos, portanto, que a pressão osmótica (depende do número de partículas) será muito maior na solução de glucose. As enzimas geralmente são sensíveis às condições de calor úmido, especialmente em temperaturas superiores às da atividade enzimática, porém não são sensíveis ao calor seco. O controle da atividade enzimática é sempre necessário e deve ser feito inativando quimicamente as enzimas ou submetendo o alimento ao calor úmido.

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1.3 - Concentração Concentração é um processo que remove somente parte da água dos alimentos (1/3 ou 2/3 da água), como, por exemplo, em sucos concentrados, massa de tomate, leite condensado, geléias, doces em massa, etc. A remoção da água pode ser efetuada pelo processo de evaporação, em forma de vapor; pelo processo de crioconcentração, em forma de gelo; pelo processo de membranas, em forma líquida; e ainda por outros métodos. O primeiro deles é o mais importante e será aqui discutido. Entre as razões da concentração de certos alimentos, pode-se mencionar a) é uma forma de conservação de alimentos; b) economia na embalagem, transporte e armazenamento dos alimentos; c) a maioria dos alimentos líquidos é concentrada antes da desidratação pois a retirada de água por evaporadores é, mais econômica do que por desidratadores; d) certos alimentos são preferidos na forma concentrada. Como os alimentos concentrados apresentam um teor de umidade que permite atividade microbiana, toma-se quase sempre necessário utilizar um método adicional na sua conservação. Assim, doces em massa (67,5% de sólidos), podem ter uma vida útil de 60 a 90 dias, quando embalados em celofane, ou de anos, quando acondicionados em latas recebendo, neste caso, um tratamento térmico adicional. O suco de laranja concentrado (65% sólidos) poderá ser congelado, preservado quimicamente ou receber tratamento térmico ("hot pack").

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

203

o projeto de evaporadores envolve princípios de transporte de calor e de fluidos e, basicamente, a sua construção consiste em (4): a) um trocador de calor para fornecer calor sensível e calor latente de evaporação para o líquido de alimentação, elevando a sua temperatura ao ponto de ebulição e liberando vapor. Geralmente, os trocadores de calor tem aquecimento indireto e vapor de água saturado é empregado como meio de aquecimento na indústria de alimentos; b) um separador no qual o vapor liberado é separado da fase líquida concentrada; c) um condensador para efetuar a condensação dos vapores produzidos. O condensador pode ser dispensado se o sistema trabalha à pressão atmosférica. 1.3.1 - Alterações ocasionadas pela evaporação Alterações nas propriedades organolépticas e nutricionais ocorrerão nos alimentos evaporados pelo fato de serem expostos a temperaturas relativamente altas durante um espaço de tempo. O escurecimento e o aparecimento do aroma e sabor queimado são duas conseqüências comuns no tratamento térmico. Para evitá-los, têm-se utilizado evaporadores que usam temperaturas baixas, mas, mesmo assim, existem alterações indesejáveis dependendo de cada produto. Em laticínios alterações ocorrem com o açúcar e proteínas. Todos os açúcares são solúveis na água até um certo limite, além do qual poderá ocorrer a cristalização. A formação de cristais de lactose é totalmente indesejável em leite condensado. Certas proteínas poderão ser desnaturadas e precipitadas não só pelo tratamento térmico, mas também pela alta concentração de sais em solução. Esta desnaturação poderá, por exemplo, interferir na textura de leites condensados. O escurecimento (browning) é bastante comum em sucos concentrados, principalmente em suco de limão concentrado. A destruição de ITÚcrorganismos durante a concentração vai depender muito da temperatura utilizada. Temperaturas na ordem de 100°C eliminarão as formas vegetativas dos ITÚcrorganismos, mas não destruirão os esporos bacterianos. As bactérias poderão multiplicar-se mesmo no interior de evaporadores que 0 usam temperaturas mais baixas (50 - 60°C).

1.3.2 - Evaporação a vácuo (4) Para que ocorra evaporação, é preciso que a pressão de vapor do líquido se iguale à pressão do ambiente, quando o líquido ferve. A velocidade de evaporação está diretamente relacionada com a transITÚssão de calor no meio de aquecimento (vapor-d'água, água quente, vapor de amônia, etc.) ao líquido a ser evaporado.

204

ALTANIR JAIME GAVA

A taxa de transmissão de calor depende não da temperatura do meio de aquecimento, mas da diferença de temperatura entre o meio de aquecimento e o líquido em ebulição. Se a água com ponto de ebulição de 100°C à pressão atmosférica é aquecida em tacho aberto encamisado com vapor a lüO°C, como meio de aquecimento, não há diferença de temperatura e, portanto, nenhuma transferência de calor e nenhuma evaporação. Para obter·se uma diferença de temperatura, ou a temperatura do vapor de aquecimento deve ser aumentada, ou a temperatura do líquido a ser evaporado deve ser baixada. Em muitos casos é vantajoso abaixar o ponto de ebulição do líquido a ser evaporado. Isto pode ser conseguido convertendo-se o evaporador aberto em um tacho a vácuo. A pressão reduzida na região acima do líquido implica um ponto de ebulição mais baixo. A concentração a vácuo tem diversas vantagens, a saber: a) toma possível a concentração a baixa temperatura de alimentos sensíveis ao calor, tais como sucos de laranja, maracujá, etc.; b) pode aumentar a velocidade de evaporação com o aumento da diferença de temperatura entre aquela do produto e a do meio de aquecimento; e c) toma possível o emprego de sistemas de múltiplo-efeito, que serão descritos mais adiante. Para manter o vácuo em um evaporador, é necessário remover contínua e rapidamente os vapores condensáveis produzidos, bem como o ar ou outros gases, chamados incondensáveis, dissolvidos no produto ou que entram no sistema devido a vazamentos.

1.3.3 - Evaporação simples e de múltiplo efeito (4) Quando um evaporador simples é usado, o vapor liberado do líquido em ebulição é condensado e eliminado. Esse método é chamado de evaporação de único-efeito, e, embora pemúta uma construção simples, não utiliza eficientemente o vapor de aquecimento. Para evaporar 1 kg de água de uma solução, são precisos 1 a 1,3 kg de vapor de caldeira. A figura 47 mostra um evaporador de simples efeito. Se o vapor produzido em um evaporador é conduzido à câmara de vapor de aquecimento de um segundo evaporador e se o vapor aqui produzido é depois enviado para um condensador, a operação toma-se de duplo-efeito. O calor do vapor original é reusado no segundo efeito e a evaporação conseguida por 1 kg de vapor de água alimentado no primeiro efeito é aproximadamente duplicada. O método geral para aumentar a evaporação por kg de vapor de caldeira, usando-se uma série de ev~poradores entre o fornecimento inicial do vapor e o condensador, é chamado evaporação de múltiplo-efeito. A eficiência témúca do equipamento aumenta com o número de efeitos.

205

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

Vapores

~---Tubo central

Respiro

~1

Tubos

4

AI;"'''''ç'o

Entrada vapor caldeira

~ ~

Concentrado

figura 47 - I:.vaporador vertical de tubo curto de simples efeito (4).

o vapor produzido no primeiro evaporador aquecerá o líquido de um se· gundo evaporador e, por isso, a temperatura de ebulição do líquido de alimen· tação no segundo evaporador deve ser mais baixa, o bastante para permitir que o vapor produzido no primeiro evaporador se condense no segundo e libere ainda o seu calor latente de condensação. Isso geralmente é realizado com redução da pressão de operação no corpo do evaporador. A reutilização do calor do vapor produzido em um evaporador por outro operando a uma temperatura mais baixa é então a base do projeto de evaporação de múltiplo-efeito, ou seja, o princípio de evaporação de múltiplo-efeito é uma troca sucessiva de calor latente entre o vapor e o líquido a ser concentrado. Como resultado desse efeito sucessivo, o vapor primário evapora aproxima· damente o seu próprio peso de água. Este vapor, por sua vez, passa como vapor de aquecimento para o segundo efeito e evapora uma quantidade adicional de água ligeiramente menor que o seu próprio peso. Assim, em um evaporador de duplo-efeito, o vapor-d'água evapora aproximadamente duas vezes o seu próprio peso de água no líquido, enquanto em um de triplo-efeito evapora aproximadamente três vezes o seu próprio peso.

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206

Valores típicos de eficiência ténnica de alguns evaporadores são (4):

Tipo de Instalação -

Evaporador de único efeito Evaporador de dois efeitos Evaporador de três efeitos Evaporador de dois efeitos com recompressão ténnica - Desidratador do tipo atomizador - Secador de tambor

Kg Vapor Consumido por Kg de Água Evaporada . . . . . .

1,1 0,54 0,38 0,33 2,5 - 3,0 1,5

Os evaporadores no sistema de múltiplo-efeito podem ser colocados sucessivamente até que toda diferença de temperatura disponível tenha sido usada. Nesse ponto, não havendo "força motriz" adicional para transferir o calor, a adição de um outro evaporador na série torna-se desnecessária, a menos que se aumente a pressão do vapor fornecido ao primeiro efeito. Teoricamente é possível construir-se um sistema de evaporação infinitamente eficiente, através da incorporação de número infinito de efeitos. Obviamente, isto implicaria um ~T infmitamente pequeno e, por isso, a área de transferência de calor teria que ser infmitamente grande (vide equação de transferência de calor). Isso significaria um equipamento excessivamente grande e de custo inicial elevadíssimo. Por isso, na prática, é necessário levar em conta não s6 os custos de combustível para produzir o vapor, como também os custos de capital e de manutenção. Escolhe-se portanto, um evaporador que durante a sua vida útil apresenta um menor custo total por kg de água evaporada. A figura 48 mostra três evaporadores de circulação natural de tubos curtos, de modo a constituir um sistema de triplo-efeito. São feitas ligações de modo que o vapor produzido em um evaporador (um efeito) serve como meio de aquecimento para o seguinte. Um condensador e um ejetor de ar acoplados ao terceiro efeito da série mantém o vácuo no sistema. No sistema da figura 48 a alimentação diluída entra no primeiro efeito, onde é parcialmente concentrada. Flui, em seguida para o segundo efeito, para adicional concentração e depois vai para o terceiro efeito para concentração fmal. O concentrado é bombeado para fora do terceiro efeito.

1.3.4 - Transmissão de calor nos evaporadores (4) A transmissão de calor nos evaporadores é regida pelas equações de transporte de calor a líquidos em ebulição e l'tllas equações de condução e convecção.

207

PRINCfplOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

u

D, (para esgoto)

D2 (para esgoto C, (para bomba)

Figura 48 - Princípio de operação de evaporador de múltiplo efeito (4).

A quantidade de calor transferida para o produto é diretamente proporcional à quantidade de vapor que condensa, no caso de aquecimento com vapor de água e é determinada pela equação:

Q = U. A. óT = U. A. (Tv - T) onde:

Q

Fluxo total de calor (kcal/h),

U

Coeficiente global de transmissão de calor (kcal/h.m 2 .0c),

A

Área da superfície de aquecimento (m 2 ),

óT

Diferença de temperatura média global efetiva entre o meio de aquecimento e o produto COC),

Tv

Temperatura do meio de aquecimento COC),

T

Temperatura do produto COc).

Essa equação é util para determinar a capacidade de evaporação, a potência da caldeira requerida para a evaporação e a eficiência térmica de um evaporado!. A capacidade de evaporação é definida como a massa de água evaporada por unidade de tempo de operação (kg/h). A eficiência térmica é a massa de água evaporada (kg) por kg de vapor de cal· deira alimentado à unidade de evaporação. O consumo de vapor é a massa de vapor de água de caldeira utilizada por uni· dade de tempo (kg/h). Corresponde à capacidade dividida pela eficiência térmica.

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ALTANIR JAIME GAVA

A área da superfície de aquecimento geralmente é fornecida pelo fabricante do evaporador, ou esta pode ser facilmente calculada, tendo-se as dimensões do equipamento. As temperaturas do meio de aquecimento e do produto em ebulição podem ser obtidas indiretamente pelos manômetros ou diretamente de termômetros. O coeficiente de transmissão de calor varia para cada produto e para o conjunto de condições de evaporação. Um método prático e fácil para determinação de U é medir o condensado produzido no evaporador. Para fms práticos, pode-se supor que a condensação de 1 kg de vapor de água evapora 1 kg de água do produto à temperatura de ebulição. A técnica de medir o condensado é um método comum para se saber o consumo de vapor ou capacidade de evaporação do equipamento. Se a alimentação está à temperatura de ebulição que corresponde à pressão absoluta no espaço de vapor, todo calor transferido através da superfície de aquecimento para a alimentação é utilizado para evaporar, e a capacidade é proporcional a Q (kcal/h). Se a alimentação entra fria, a capacidade de evaporação é correspondentemente reduzida, já que parte do calor é usada para aquecer o líquido até o ponto de ebulição. Quanto à eficiência térmica, o fator que mais influi é o número de efeitos do evaporador, já que o calor do vapor da caldeira pode ser reusado para evaporação tantas vezes quanto for o número desses efeitos. Outros fatores de menor importância que afetam a eficiência térmica, são: variações no calor de vaporização do vapor-d'água, calor de diluição do líquido e perda de calor pelo evaporador para o ambiente. Esses fatores podem ser avaliados quantitativamente, por meio de balanço entálpico.

1.3.5 - Pré-aquecimento da alimentação e recompressão de vapor Ao lado da possibilidade de aproveitar o vapor procedente de um efeito e utilizá-lo na câmara de aquecimento de outro efeito, existem, todavia, outras possibilidades de economizar vapor-d'água, tais como: pré-aquecimento do líquido na alimentação, métodos de alimentação e, fmalmente, quando o vapor é oneroso, é possível e às vezes econômico restaurar o potencial de temperatura de aquecimento com uma recompressão do vapor. O método de aquecimento do líquido de alimentação tem considerável efeito sobre o consumo total de vapor-d'água. Antes que a evaporação comece, o líquido diluído de alimentação é aquecido até o seu ponto de ebulição e, conseqüentemente, o calor total requerido para uma dada quantidade de água evaporada é maior. O objetivo da recompressão é tornar disponível o calor latente de condeno sação à temperatura mais alta, pois, aumentando-se a pressão, a temperatura de condensação do vapor de água também aumenta.

PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

209

o vapor que sai do topo de um evaporador à pressão baixa pode ser recom· primido e depois alimentado na câmara de vapor do evaporador, onde se condensa a uma temperatura mais alta correspondente à pressão aumentada. Por exemplo, o vapor de água à pressão atmosférica condensa-se a 100°C, mas se for. comprimido até a sua pressão absoluta atingir 2,05 atmosferas, ele se condensará a 121,5°C. A recompressão permite reutilizar o vapor produzido no evaporador por meio de aquecimento. O aumento de potencial de temperatura é, contudo, obtido somente à custa de energia mecânica (turbo-compressores) ou por meio de vapor à alta pressão (compressão térmica). O custo de recompressão da quantidade desejada geralmente é pequeno, comparado com o calor latente recuperado dos vapores. Uma economia adicional é feita porque tem menos vapor para ser condensado, o que resulta na necessidade de um condensador menor. 1.3.6 - Tipos de evaporadores Apesar de existirem evaporadores cujo meio de aquecimento entra em contato direto com o produto a ser aquecido, a maioria dos evaporadores utiliza aquecimento indireto, isto é, o líquido concentrado flui continuamente através de uma superfície trocadora de calor que separa o produto do meio de aquecimento. Este pode ser desde vapor-d'água à alta pressão (185°C), até vapor de amônia a 16°C ou outros fluidos, que fornecem o calor latente de condensação. A superfície de aquecimento geralmente é uma parede, como nos tachos, ou na forma de uma placa, tubular ou cônica (4). No Brasil, a indústria de geléias e doces em massa utiliza, principalmente, tachos abertos e a vácuo. Os sucos concentrados de frutas, como, por exemplo, o de laranja (65° Brix), de uva (72°B) e o de maracujá (30° ou 45°B) são obtidos por concentradores do tipo Gulf Machinery (Taste), APVe Alfa-Laval. Já a indústria de tomates utiliza os concentradores da Tito-Manzini, enquanto que na indústria de laticínios podem ser encontrados evaporadores da APV, Alfa·Laval, Blaw-Knox, Luwa, etc. Entre os vários tipos de evaporadores, podem ser mencionados:

1.3.6.1 - Tachos abertos e a vácuo São evaporadores elementares, consistindo em tachos abertos que recebem calor através de serpentinas, camisas de vapor, etc. Tais evaporadores podem operar à pressão atmosférica ou à pressão reduzida (vácuo). São simples, de baixo custo inicial, porém não são econômico's por causa da grande perda de calor. São utilizados na fabricação de geléias, doces em massa (goiabada, marmelada, etc.).

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Figura 49 - Tacho encarnisado.

A figura 50 mostra uma fotografia de um tacho aberto, aquecido por vapor, com agitação mecânica

Figura 50 - Tacho aberto encarnisado (Cortesia do DTA da Univ. Fed. Rural do RI).

Alguns tachas usam serpentina giratória para evitar problemas de queima do produto e freqüentes limpezas. O evaporador Wurling utiliza serpentina giratória a vácuo, sendo indicado para produtos viscosos como massa de tomate (Fig. 51). 1.3.6.2 - Evaporadores com trocadores de calor de tubos e carcaças ("ShelI and Tube") São constituídos essencialmente de uma carcaça de grande diâmetro, que contêm um determinado número de tubos paralelos, onde o produto flui por dentro, enquanto que o aquecimento é feito por fora dos tubos, no interior da carcaça.

211

'RINCIPIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS Entrada de água de resfriamento

Superador de arrastados - -

Entrada massa de tomafr 20% Motor

====1== f--~~---~~-l

Junta rotativa

!

Vapor condensado

Saída

J

massa 50%

Figura 51 - Evaporador Wurling (4).

Os evaporadores são classificados segundo o comprimento dos tubos do trocador de calor e de acordo com o método de circulação do produto dentro dos tubos, em: A - Evaporadores de circulação natural, com calandria externa; B - Evaporadores de circulação forçada; C - Evaporadores de tubos curtos: a) Tubos horizontais, b) Tubos verticais; D - Evaporadores de tubos longos: a) Película ascendente ("climbing ftlm"), b) Película descendente ("falling ftlm"), c) Película ascendente-descendente. Os evaporadores de tubos curtos são muito usados na indústria de açúcar, na concentração do caldo de cana. A indústria brasileira de suco de laranja utiliza muito os evaporadores da Gulf Machinery Corpo conhecidos como TASTE ("therrnally accelerated short time evaporation") que são evaporadores de tubos longos, de película descendente. A figura 52 mostra a fotografia de um desses evaporadores instalado numa importante indústria brasileira de suco de laranja concentrado.

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Figura 52 - Evaporador TASTE utilizado na concentração de sucos cítricos (Cortesia da Sucocítrico Cu trale SI A).

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PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

A tabela 18 mostra as características do evaporador TASTE de sete estágios (65.000 lb/h de água evaporada) e 4 efeitos. Tabela 18 - Evaporador Taste (5)

Estágio

Alimentação Primeiro Segundo Terceiro Quarto Quinto Sexto Sétimo Resfriam. rápido

-

Produto (libras) 80.000 75.000 60.000 40.000 25.000 20.000 18.000 15.200 15.000

Temp. tC) 21 41

96 88 77

63 46 41 16

Concentração tBrix)

12 13 16 33 40 48 56 63 65

Algumas das vantagens do TASTE são (5): tempo de residência mínimo, baixo custo inicial, alta eficiência, facilidade de limpeza. Entre as desvantagens, podemos mencionar: pouca flexibilidade e formação de depósitos (no trocador de calor devido ao uso de alta temperatura).

1.3.6.3 - Evaporador de placas Idealizado pela APV, usa o sistema de recompressão mecânica dos vapores. É um sistema eficiente de aquecimento por placas, sendo o vapor separado do concentrado nos separadores. Poderá ser de simples, duplo e triplo efeito. A figura 53 mostra um diagrama do arranjo das placas e a figura 54 um eva· porador de placas de dois efeitos. 1.3.6.4 - Evaporadores de película líquida agitada mecanicamente Usam circulação forçada para dar maior turbulência. Entre os vários tipos, podemos mencionar (4);

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Espaçadores de vapor

Entrada alimentação

DESCARGA DE VAPORES E CONCE ITRADO PARA UM SEPARADOR

Figura 53 - Diagrama do arranjo das placas para uma passagem completa da alimentação de um evaporador de placas (4).

=.rrr: ~=q:ll"'====";;;;;;;;;;;;==="ii============""

..... Figura 54 - Evaporador de placas (Cortesia da APY).

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PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

A - Evaporadores verticais: a) Turba Film - Rodney Hunt Mach. Corp., b) Tipo Kestner - Blaw Knox Co., Luwa, c) Tipo Stratavap; B - Evaporadores horizontais: a) Votator, b) Tito Manzini; C - Evaporadores centrífugos. ~ o Centri-thenn da Alfa-LavaI com boa transferência de caIor e pouco depósito, conseguido pela movimentação da superfície de transferência de caIor. ~ baseado na movimentação de placas cônicas onde o produto concentrado é recolhido na parte inferior da placa devido à força centrífuga. O tipo CT-9, com nove placas cônicas pode evaporar 2.400 kg de água por hora a uma temperatura de evaporação de 50°C. A figura 55 mostra o funcionamento do evaporador centrífugo da Alfa-LavaI, onde: a) entrada do produto, b) saída do concentrado, c) vapor para o condensador, d) entrada de vapor, e) saída do condensado.

b

a

c

__ir ~d e Figura 55 - Evaporador centrífugo (Cortesia da Alfa-Laval).

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A figUra 56 mostra uma fotografia de um evaporador centrífugo CentriTherm CT-6 instalado no Brasil.

Figura 56 - Evaporador Centri-Thenn eT-6 instalado no Brasil (Cortesia da Alfa-LavaI).

1.3.6.5 - Evaporadores com expansão de fluxo Os evaporadores com expansão de fluxo ("expanding flow") são semelhantes aos centrífugos, s6 que em vez de usarem cones rotativos de paredes duplas, operam com superfícies cônicas estacionárias de parede simples.

1.3.6.6 - Evaporadores de ciclo de refrigeração São evaporadores de baixa temperatura que usam como meio de aquecimento amônia, cloreto de metila, Freon, etc., em vez de vapor-d'água.

PRINCIPIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

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BmLIOGRAFIA

(1)

Catálogos comerciais de fumas fabricantes de evaporadores.

(2)

EarIe, R. - Unit operations in food processing. Permagon Press, 1966.

(3)

Potter, N. N. - Food Science. The AVI Publishing Co., Inc., 1968.

(4)

Siozawa, Y. Y. &Quast, D. G. - Processos de evaporação na concentração de alimentos. Instrução Técnica n? 7 do ITAL, Campinas, S.P., 1975.

(5)

TressIer, D. K. &Joslyn, M. A. - Fruit and vegetabIe juice processing technQIogy. The AVI Publishing Co., Inc., 1971.

2 - CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PEW USO 00 FRIO As temperaturas baixas são utilizadas para retardar as reações químicas e a atividade enzimática bem como para retardar ou inibir o crescimento e a atividade dos microrganismos nos alimentos. Quanto mais baixa for a temperatura tanto mais reduzida será a ação química, enzimática e o crescimento microbiano e uma temperatura suficientemente baixa inibirá o crescimento de todos os microrganismos. Sabemos que o alimento contém um número variável de bactérias, leveduras e mofos que poderão provocar alterações, dependendo de condições adequadas de crescimento. Cada microrganismo presente possui uma temperatura ótima de crescimento e uma temperatura mínima, abaixo da qual não pode multiplicar-se. À medida que a temperatura vai decrescendo, o ritmo de crescimento também diminui, sendo mínimo na temperatura de crescimento mínimo. As temperaturas mais frias podem inibir o crescimento, porém a atividade metabólica continua, ainda que lentamente, até um certo limite. Portanto, o decréscimo da temperatura dos alimentos produz efeitos nos microrganismos presentes. Uma diminuição de lO°C pode deter o crescimento de alguns microrganismos e retar· dar o de outros. Sabemos que certos microrganismos conseguem crescer, se bem que em ritmo muito lento, em temperaturas. abaixo de O°C. A congelação além de impedir que a maior parte da água presente seja aproveitada devido à formação de gelo, aumentará a concentração das substâncias dissolvidas na água não congelada. As enzimas presentes nos alimentos continuam atuando durante o armazenamento. Quanto menor a temperatura de armazenamento, menor será a atividade enzimática. Porém, esta atividade é encontrada ainda, se bem que muito lenta, em temperaturas abaixo do ponto de congelação da água pura.

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Entre alguns microrganismos que conseguem crescem em baixas temperaturas, poderemos citar os gêneros Cladosporium e Sporotrichum que suportam _7°C, Penicillium e Monilia _4°C. Certas leveduras conseguem viver de _2° a _4°C, enquanto que certas bactérias o fazem de _4° a - ~C. Os gêneros Pseudomonas, Achromobacter e Micrococcus podem viver em baixas temperaturas (-4° a -7°C) e, por isso, também fazem parte das chamadas bactérias psicr6fJ.1as (6). Portanto, na utilização do frio estamos retardando ou inibindo a atividade microbiana e as reações químicas, incluindo os processos metab6licos normais da matéria-prima. Conforme. a temperatura desejada, poderemos lançar mão da refrigeração ou da congelação. a refrigeração, a temperatura da câmara onde se encontram os produtos a conservar não é tão baixa e quase nunca inferior a O°C, obtendo-se assim uma conservação por dias ou semanas, dependendo do produto. a congelação ocorre a formação de gelo, necessitando-se assim de temperaturas mais baixas (-10° a -40°C), obtendo-se assim uma conservação do produto por períodos longos (meses ou anos). O uso do frio, associado a outras técnicas de conservação, é largamente utilizado em· países desenvolvidos por causa da manutenção da qualidade do produto a ser conservado. É um processo bastante caro porque o produto deve ser mantido em baixas temperaturas desde sua produção até o seu consumo, obedecendo à chamada cadeia do frio. Entre alguns dados hist6ricos que contribuíram para o desenvolvimento da técnica do frio podem ser mencionados (5): 1595 1622 1823 1824 1834 1875 1881 1920

Galileu utilizou um termômetro exato; Boyle anunciou as leis relacionadas com o volume e a pressão dos gases; Faraday estudou as mudanças de estado; Camot descreveu o chamado ciclo de Camot (expansão e compressão dos gases); Perkins usou a máquina de compressão; Linde usou o amoníaco como substância refrigerante; Forma-se na Nova Zelândia uma companhia que transporta came para a Inglaterra; Birdseye iniciou nos EUA o congelamento rápido dos alimentos.

2.1 - Instalações Mecânicas Os mecanismos de produção de frio têm evoluido bastante nos últimos tempos, mas nos limitaremos a descrever uma instalação, cujo esquema bastante simplificado pode ser visto na figura 57. É um sistema baseado na compressão, liquefação e expansão de um gás. A substância refrigerante sofre mudanças de estado ao percorrer o interior das 3 partes distintas do sistema: o compressor, o condensador e o evaporador.

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PRINC(PIOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

2.1.1 - Compressor Possui a fmalidade de fornecer calor à substância refrigerante, que foi perdido no evaporador. Geralmente é composta de uma bomba vertical ou horizontal, com uma transmissão apropriada. Nas máquinas pequenas, o cilindro é geralmente de bronze, sendo de aço nas máquinas maiores. O compressor é provido de um tubo de aspiração e compressão, com válvulas aspirante e premente, possuindo um dispositivo importante e delicado denominado "stuffmg box", que impede fugas de gás e entrada de ar atmosférico. O gás, ao sair do evaporador, recebe uma forte compressão, sendo então levado ao condensador. Válvula de expansão

[>(

(

(

/'

---Evaporador

(

condensa\

) (

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)

(

L

(

) (

Compressor

c---

Depósito

Figura 57 - Esquema de uma unidade de refrigeração (5).

2.1.2 - Condensador É formado geralmente por uma série de tubos de diâmetros diversos, unidos em curvas e, às vezes, dotados exteriormente de hélices que garantem um mais perfeito aproveitamente das superfícies de contato. O condensador é resfriado graças a uma corrente de água que se distribui em forma de chuva de cima para baixo e pela sua parte externa. O condensador pode estar também imerso na água que, segundo muitos, é preferível por permitir o resfriamento de modo mais metó· dico e uniforme, exigindo, porém, uma quantidade maior de água. Nas pequenas instalações, o resfriamento é normalmente feito pelo próprio ar atmosférico.

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o gás que veio do compressor liquefaz-se ao entrar em contato com a temperatura fria do condensador, sendo em seguida orientado para um depósito onde aguardará oportunidade para ir ao evaporador. 2.1.3 - Evaporador Geralmente é formado por uma série de tubos (serpentinas) que se encontram no interior da câmara que recebe o alimento. A substância refrigerante, sob forma líquida, necessita de calor (calor latente de vaporização) para passar ao estado gasoso. Assim a evaporação da substância refrigerante dentro do evaporador irá roubar calor do ambiente e, conseqüentemente, o produto se resfriará. Sob a fOrma gasosa, o refrigerante volta ao compressor, fechando assim o ciclo.

2.2 - Substâncias Refrigerantes As substâncias refrigerantes devem possuir características, como: possuir baixo ponto de ebulição, não ser inflamável nem explosiva, deve ter alto calor latente de vaporização não deve ser corrosiva (atacar metais) nem alterar os óleos lubrificantes, não deve ser tóxica ao homem, não deve exigir pressões elevadas para condensar, deve ser de baixo custo. Entre as substâncias refrigerantes, podem ser mencionadas: dióxido de enxofre, dióxido de carbono, cloreto de metila, amônia hidrocarbonetos fluorados: Freon 11 Freon 12 Freon 21 Freon 22 Freon 113, etc., - nitrogênio líquido. O ponto de ebulição e o calor latente de vaporização de algumas substâncias refrigerantes podem ser vistos na tabela 19. O dióxido de enxofre e o cloreto de metila já foram usados no passado. O cloreto de metila é tóxico, explosivo e pode dissolver os lubrificantes. O dióxido de enxofre é muito corrosivo e tóxico, porém facilmente identificado. Por causa desta sua última característica, ele é algumas vezes adicionado ao Freon, nome comercial de alguns hidrocarbonetos fluorados.

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PRINCfplOS DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

Tabela 19 - Características de algumas substâncias refrigerantes

Substância refrigerante

Água

Amônia Freon 12 Dióxido de carbono Dióxido de enxofre Cloreto de metila

Ponto de ebulição

tc)

100 -33,3 -29,9 -87 -10 -24

Calor latente de vaporização Btu/Qb

Cal/g (aprox.)

970,3 589,3 70,8

540 326 39

168 184,1

94 102

A amônia, apesar de ter sido introduzida em 1875, é bastante utilizada hoje em dia. É relativamente barata, facilmente identificada, facllmente condensável, não é inflamável, possui baixo ponto de ebulição (-33fC) e alto calor latente de vaporização (326 kcal/kg). No seu estado seco não é corrosiva mas poderá, quando umedecida, formar complexos com cobre e bronze. É um gás irritante, podendo causar asftxia em pequenas quantidades. O Freon 12 (nome comercial da Dupont para difluordicloro-metano) é basfante utilizado nas geladeiras de uso doméstico. Possui boas propriedades mas tem o inconveniente de ser bastante caro. O dióxido de carbono sob a forma sólida (gelo seco), com temperatura de sublimação em tomo de -8üoC, tem recebido bastante atenção ultimamente. 2.3 - Refrigeração O armazenamento por refrigeração utiliza temperaturas um pouco acima do ponto de congelação. A refrigeração pode ser usada como meio de conservação básica ou como conservação temporária até que se aplique outro método de conservação. A maior parte dos alimentos alteráveis pode ser conservada por refrigeração durante um tempo limitado, onde não se evitam, porém se retardam as atividades microbianas e enzimáticas. Cada alimento reage ao armazenamento refrigerado de sua própria maneira, havendo certos alimentos adversamente afetados, como a banana e tomates verdes. Nestes, os padrões metabólicos são modificados de maneira a impedir o amadurecimento normal ou a estimular a atividade imprópria de enzimas específtcas. O abaixamento da temperatura da matéria-prima deve ser feito imediatamente após a colheita do vegetal ou a morte do animal. Algumas horas de atraso na colheita ou no matadouro poderão ocasionar perdas na conservação do produto. Isto é particularmente importante em vegetais que estejam num metabolismo ativo, podendo haver liberação de energia por causa da respiração e, assim, transformação de um produto metabólico em outro.

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Para evitar certas perdas, é aconselhável fazer o resfriamento da matéria· prima imediatamente após a colheita. Entre os métodos utilizados, podemos mencionar o resfriamento a ar, resfriamento a vácuo (ao evaporar, a água provoca o resfriamento do produto) e resfriamento a água (hidro-resfriamento). Ultimamente, o nitrogênio líquido tem sido usado também para esse objetivo, em certos países. A temperatura utilizada na refrigeração tem importância na conservação do produto. Assim, a 5°C, temperatura comum de refrigeração, um produto poderá ser conservado por 5 dias, ao passo que, a 15°C, poderá ser deteriorado em 1 dia. A tabela 20 nos dá uma idéia do que acabamos de dizer. Tabela 20 - Armazenamento útil de tecidos vegetais e animais a várias temperaturas

Período médio de armazenamento em dias a Alimento

Carne Peixe Carne de galinha Frutas Verduras Sementes secas

6 - 10

1

2-7

1 1

5 - 18

2 - 180 3 - 20 1.000 ou mais

1 - 20 1- 7 350 ou mais

63.526, de 4 de abril de 1968 e por resoluções da CNNPA. O Decreto-Lei ne:> 986, de 21 de outubro de 1969, instituiu as "Nonnas básicas sobre alimentos". A "Comissão Nacional de Normas e Padrões para Alimentos" (C.N.N.P.A.), com funcionamento 'na Avenida Brasil n? 4.036, Rio de Janeiro, é o órgão supremo nos problemas referentes a aditivos de alimentos. n~_

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o

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Decreto n