Introdução a Operações Unitárias na indústria de alimentos

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10/03/2016
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INTRODUÇÃO ÀS 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS: 
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Prof. Dr. Ana Paula Brizio
INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
� As indústrias alimentícias incluem uma série de atividades
relacionadas com a manipulação, transformação e estabilização de
matérias-primas alimentícias com objetivo de elaborar produtos que
atendam as necessidades da população de forma rentável;
� As matérias-primas alimentícias utilizadas pelas indústrias, geralmente,
são produtos que se caracterizam pela: alta atividade biológica,
sujeitos a modificações de natureza química, enzimática e
microbiológica, quase sempre do tipo degradativo; e pela sua
variabilidade em quanto a composição e forma;
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� Nas indústrias de alimentos tem-se que considerar: a importância das
características sensoriais, nutricionais e sanitárias dos produtos acabados,
assim como, sua estabilidade e condições de preservação até o momento
do consumo;
� Desde a produção da matéria-prima (com sua variabilidade) até o
produto acabado que chega ao consumidor (normatizado), devem ser
realizadas, por parte das indústrias de alimentos, uma série de operações
mais ou menos complexos. Essas operações podem ser desde uma simples
seleção até uma profunda transformação, onde o produto final não se
assemelha com suas matérias-primas constituintes. Esse conjunto de
operações denomina-se PROCESSO.
INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
PROCESSO
TrTraPROCESSO
Matérias-
primas 
alimentícias
Produto 
desejado
Perecibilidade (alta 
atividade biológica)
Variabilidade
Características 
padronizadas 
de qualidade
Seguro para a 
população
Mínimo de perda 
nutricional
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� Qualquer processo de alimentos, independentemente de sua
complexidade, pode ser representado de forma esquemática por meio
de diagrama de processos. Estes são esquemas de todo o processo que
indicam as diferentes etapas de produção (operações), assim como, o
fluxo de materiais envolvidos em tais transformações;
� Diagrama de blocos – mais utilizado, onde cada operação é
apresentada em um bloco (retângulo). Representa de forma qualitativa
passos e condições essenciais do processo. Seu objetivo é expressar a
organização básica do processo.
Representação Gráfica de Processo -
Fluxograma ou Diagramas de Processo 
Seleção
Limpeza úmida
Prensagem
Envase
Azeitonas
Centrifugação
água
garrafas de vidro
Redução de 
tamanho
Armazenamento
Limpeza secaExemplo de Diagrama de blocos
Fluxograma de fabricação de 
azeite de oliva extra virgem
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Pasteurização 
Centrifugação
Evaporação 
Secagem 
Leite cru
Nata
Envase folha de flandres
ClassificaçãoExemplo de Diagrama de blocos
Fluxograma de fabricação de 
leite em pó enlatado
Limpeza
Seleção
Descascamento
Esterilização
Tomates
Envase 
água
hidróxido de sódio
folha de flandreságua
Exemplo de Diagrama de blocos
Fluxograma básico da 
elaboração de tomates enlatados
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Exemplo de Diagrama de blocos
Fluxograma de fabricação de 
azeite de oliva extra virgem
Durante o armazenamento várias 
análises de qualidade são 
realizados para classificar o azeite 
produzido
Seleção
Limpeza úmida
Prensagem
Envase
Azeitonas
Centrifugação
água
garrafas de vidro
Redução de 
tamanho
Armazenamento
Limpeza seca
Operações de 
preparação da 
matéria-prima
Operação de 
extração do 
azeite da azeitona
Operação de 
separação, onde o 
azeite é purificado
Operação de 
padronização da 
matéria-prima
Exemplo de Diagrama de blocos
Fluxograma de fabricação de 
leite em pó enlatado
Durante a classificação várias 
análises de qualidade são 
realizados no leite
Pasteurização 
Centrifugação
Evaporação 
Secagem 
Leite cru
Nata
Envase folha de flandres
Classificação
Operações de 
preparação da 
matéria-prima
Operação de padronização 
matéria-prima (separação de parte 
da gordura)
Operação de 
concentração do leite
Operação de 
separação total do material sólido
Operação de estabilização da 
matéria-prima – Tratamento térmico 
(aquecimento 75 ºC/20 s, seguido de 
resfriamento)
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Exemplo de Diagrama de blocos
Fluxograma básico da 
elaboração de tomates enlatados
Limpeza
Seleção
Descascamento
Esterilização
Tomates
Envase 
água
hidróxido de sódio
folha de flandreságua
Operação de padronização da 
matéria-prima (avaliação da cor)
Operação de estabilização e 
desenvolvimento de características 
sensoriais da produto – Tratamento 
térmico (aquecimento 121 ºC/ 3s, seguido 
de resfriamento)
Operações de 
preparação da 
matéria-prima
Diagrama de equipamentos – especifica os equipamentos responsável
por cada operação.
Fluxograma de equipamentos do processamento de azeite de oliva extra virgem
Representação Gráfica de Processo -
Fluxograma ou Diagramas de Processo 
1. Peneira 3. Moinho de martelos 5. Centrifuga de discos 
2. Tanque de imersão 4. Prensa com rosca sem fim 
1
2
3
4 5
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Fluxograma de equipamentos do processamento de leite
Layout de plana baixa (2D) do processamento de massa de tomate
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Layout de plana em 3D do processamento de massa de tomate
Conceituando Operações Unitárias
� Ao decompor um processo industrial nas operações que o
compõe, surge o conceito de Operações Unitárias, as quais
conformam qualquer processo. Em ordem inversa, pode-se definir
um processo como o conjunto de operações unitárias ordenadas
em uma sequência lógica para obter produtos desejados.
� O domínio das operações unitárias é o melhor caminho para
avaliar qualquer processo industrial de alimentos. O estudo
individualizado de cada uma das operações, permite
estabelecer princípios que podem ser aplicados com caráter
universal.
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Seleção
Limpeza úmida
Prensagem
Envase
Azeitonas
Centrifugação
água
garrafas de vidro
Redução de 
tamanho
Armazenamento
Limpeza seca
Seleção
Redução de 
tamanho
Prensagem
Tabela 1: Operações unitárias empregadas em diferentes segmentos da indústria de alimentos
Fonte: Adaptado de Baker (2013).
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Realização das Operações Unitárias
� Manual 
� Mecanizada
Operações Unitárias Manuais
Operações unitárias que podem 
ser realizadas manualmente:
Limpeza
Seleção
Redução de tamanho
Embalagem
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Operações Unitárias Mecanizadas
Operações unitárias obrigatoriamente realizadas através de equipamentos: 
geralmente causam profundas transformações nas matérias-primas
Alimentação 
ou retirada do 
material
Descontínuas 
ou em 
batelada
Contínuas
Semicontínuas
ou 
Semibatelada
Condução das Operações Mecanizadas
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Condução das Operações Mecanizadas
� Quando não se faz alimentação e nem retirada
de material durante o processamento (não há
vazão mássica).
Descontínuos 
ou em 
batelada
Inicio da operação Fim da operação
Transformação 
das matérias-primas
� Principais características das operações em batelada:
- Adição no tempo inicial das matérias-primas no equipamento e
retirada do produto no fim da transformação (fim da operação);
- Equipamentos mais baratos (menos autônomos), flexíveis;
- Processos de transformação mais lentos;
- Higienização (limpeza + sanitização) do equipamento realizada
com muita periodicidade.
Condução das Operações Mecanizadas
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� Quando há alimentação e retirada de
produtos durante o processo (há vazão
mássica constante).
Condução das Operações Mecanizadas
Contínuas
Leite cru Leite pasteurizadoInicio da operação
Transformação 
das matérias-primas
Fim da operação
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Condução das Operações Mecanizadas
� Principais características das operações contínuas:
- Caracterizam-se por possuir uma alimentação contínua das matérias-
primas no equipamento, a uma determinada vazão constante, sendo
o volume do interior do equipamento mantido constante com a
retirada contínua do produto;
- Equipamentos mais caros (maior investimento inicial), autônomos
(menos necessidade de mão de obra), específicos;
- Geralmente, a higienização (limpeza + sanitização) do equipamento
contínuo e realizada com menor periodicidade.
� Quando há alimentação sem retirada de
material ou retirada de material sem
alimentação de material.
Micro-organismo 
(biocatalisador)
Matérias-primas 
(Substrato = solução 
nutriente estéril)
Condução das Operações Mecanizadas
Semicontínuas
ou 
Semibatelada
Inicio da operação
Transformação 
das matérias-primas
Durante a operação
Fim da operação
produto
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� Principais características das fermentações em semibatelada ou
batelada alimentada:
- A vazão de alimentação das matérias-primas (meio nutriente)
pode ser constante ou variar com o tempo;
- Devido a flexibilidade de utilização de diferentes vazões de
enchimento do biorreator (equipamento) é possível controlar a
concentração adequada de nutrientes para a produção máximo
do produto pelos micro-organismos (biocatalisador).
Condução das Operações Mecanizadas
Classificação das Operações Unitárias
Quanto a sua finalidade Quanto à natureza da 
transformação predominante 
na operação
Operações de separação
Operações de mistura
Operações de fermentação
Operações de aplicação de calor
Operações de remoção de calor
Física 
Química
Bioquímica
Estudar as Operações Unitárias através dos 
princípios fundamentais que regem essas 
transformações permite uma análise geral
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Classificação das Operações Unitárias
N
a
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 d
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 t
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o
 
p
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ra
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o
Física
Química ou 
bioquímicas
Ocorrem sem que se formem novas 
substâncias. Os seja, as substâncias continuam 
a ser as mesmas, poderão apenas estar mais 
divididas, mudarem de estado físico, etc.
Ocorrem quando existe a formação de novas 
substâncias (novas moléculas), com 
propriedades diferentes das substâncias iniciais.
As reações enzimáticas e as transformações envolvendo micro-
organismos são transformações químicas particulares (reações 
bioquímicas), onde o agente ativo promove conversões bioquímicas dos 
componentes presentes no meio reacional (composição do alimento)!
� Transformações físicas
� Transformações química ou bioquímica
Classificação das Operações Unitárias 
Mecanizadas
Mistura
Redução de tamanho
Centrifugação
Filtração
Fermentação
Esterilização
Pasteurização
Forneamento
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� Agrupar as operações unitárias através dos fenômenos
predominantes permite descrevê-las e avaliá-las
matematicamente de uma forma geral, utilizando os princípios
fundamentais que regem tais fenômenos de transformação.
BALANÇOS
EQUILIBRIOS
CINÉTICA
Princípios Fundamentais das Operações 
Unitárias
� BALANÇO expressão matemática que quantifica a transformação (física,
química ou bioquímica) sofrida pela matéria durante a operação unitária;
RENDIMENTO DA TRANSFORMAÇÃO
� EQUILÍBRIO se refere a aqueles estados particulares onde não existe
evolução da transformação (física, química ou bioquímica) da matéria;
EVOLUÇÃO DA TRANSFORMAÇÃO
� CINÉTICA permite avaliar a velocidade da transformação da matéria (física,
química ou bioquímica) durante a operação
PRODUTIVIDADE DA TRANSFORMAÇÃO
Princípios Fundamentais das Operações 
Unitárias
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Atividade para entregar na próxima 
aula
Defina o processo para a obtenção de Pêssego em calda metades.
Realize seu fluxograma de blocos. Analise cada operação unitária,
caracterizando-a (manual ou mecanizada, se mecanizada qual a
forma de condução, qual a classificação da operação, etc.)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
� Baker, C. G. J. Handbook of food factory design. Springer, 2013.
� Ibarz, A; Barbosa-Cánovas, GV. Operaciones Unitárias en la
Ingeniería de Alimentos. Mundi-Prensa, 2011.
� Meireles, MAA; Pereira, CG. Fundamentos de Engenharia de
Alimentos. Editora Atheneu, 2013.
� Tadini, CC; Telis, VRN; Meirelles, AJA; Pessoa Filho, PA. Operações 
Unitárias na Indústria de Alimentos. Editora LTC, 2016.