Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Escola Estadual de Educação Profissional - EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Curso Técnico em Agroindústria Operações Unitárias Governador Vice Governador Secretário Executivo Assessora Institucional do Gabinete da Seduc Cid Ferreira Gomes Francisco José Pinheiro Antônio Idilvan de Lima Alencar Cristiane Carvalho Holanda Secretária da Educação Secretário Adjunto Coordenadora de Desenvolvimento da Escola Coordenadora da Educação Profissional – SEDUC Maria Izolda Cela de Arruda Coelho Maurício Holanda Maia Maria da Conceição Ávila de Misquita Vinãs Thereza Maria de Castro Paes Barreto Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Disciplina: Operações Unitárias Responsável: Auricélia de Souza Morais Msc. em Tecnologia de Alimentos – UFC AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 1 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional INDICE CAPITULO 1- Introdução, Histórico e Generalidades 03 Tecnologia da Água 03 Secagem e Equipamentos de Secagem 05 Sedimentação 15 CAPITULO 2- Evaporação e Equipamentos de Evaporação 17 Princípios do Processamento Térmico 18 Sistemas e Processamentos Térmicos 20 CAPITULO 3 - Irradiação 28 Filtração e Equipamentos de Filtração 33 Centrifugação e Centrífugas 36 Trituração e Moagem 41 CAPITULO 4 – Refrigeração 45 Congelamento 49 Liofilização 50 Referencias Bibliográficas 53 AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 2 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Unidade I (15h/a) Capitulo 1 1.1Introdução, Histórico e Generalidades. Operação unitária é uma etapa básica de um processo. No processamento de leite, por exemplo, homogenização, pasteurização, resfriamento, e empacotamento são as operações unitárias que estão interligadas a fim de criar o processo como um todo. Um processo tem várias operações unitárias presentes para que possa se obter produto desejado. Historicamente, as diferentes indústrias químicas eram consideradas diferentes processos industriais e com princípios diferentes. Em 1923 William H. Walker, Warren K. Lewis and William H. McAdams escreveram o livro Os Princípios da Engenharia Química (The Principles of Chemical Engineering)e explicaram as indústrias químicas possuiam processos regidos pelas mesmas leis da física. Eles reuniram todos estes processos similares nas chamadas de operações unitárias. Cada operação unitária segue as mesmas leis da física e deve ser utilizada em todas as indústrias químicas. Assim, as operações unitárias reunidas formam os princípios da Engenharia Química. As técnicas de projeto de operações unitárias são baseadas em princípios teóricos ou empíricos de transferência de massa, transferência de calor, transferência de quantidade de movimento, termodinâmica, biotecnologia e cinética química. Desta forma, os processos podem ser estudados de forma simples e unificada. Cada Operação Unitária é sempre a mesma operação, independente da natureza química dos componentes envolvidos. Por Exemplo: Transferência de calor é a mesma operação em um processo petroquímico ou em uma indústria de alimentos. Sendo assim, podemos definir operações unitarias, como as etapas individuais que constitituem todos os processos que transformam uma matéria- prima em produto final. 1.2 Tecnologia da Água. 1. ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO A água é formada por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Os hidrogênios estão unidos ao oxigênio por meio de uma ligação covalente. O oxigênio possui seis elétrons em seu nível mais externo e o hidrogênio possui um. Quando cada hidrogênio compartilha seu único elétron com um do oxigênio, cumpre-se a regra do octeto de Lewis. O hidrogênio possuirá dois elétrons – como o hélio, o gás nobre mais próximo – e o oxigênio oito, sendo seis próprios e dois compartilhados (um de cada hidrogênio). AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 3 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 2.PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS A água, em seu estado natural mais comum, é um líquido transparente, sem sabor e sem cheiro, mas que assume a cor azul-esverdeada em lugares profundos. Possui uma densidade máxima de 1 g/cm3 a 4°C e seu calor específico é de uma caloria por grama e por grau. No estado sólido, sua densidade diminui até 0,92 g/cm3, mas são conhecidos gelos formados sob pressão que são mais pesados que a água liquida. Suas temperaturas de fusão e ebulição à pressão de uma atmosfera são de 0 e 100°C, respectivamente, muito superiores às temperaturas de fusão e ebulição de outros compostos parecidos com a água. Ela é um composto estável que não se decompõe em seus elementos até 1.300°. Reage com os metais alcalinos (Li, Na, K, Rb e Cs) formando uma base e desprendendo hidrogênio: Na + H2O NaOH + H2. Reage com alguns óxidos metálicos para formar hidróxidos, como por exemplo: CaO + H2O Ca(OH)2, e com os não-metálicos para formar ácidos, SO2 + H2O H2SO3. Composto Massa molecular Temperatura de fusão Temperatura de ebulição H2O 18 0 100 H2S 34 - 82,9 - 60,1 H2Se 81 - 64 - 42 H2Te 129,6 - 54 - 1,8 A tabela mostra que tanto a temperatura de fusão como a de ebulição de distintos compostos parecidos com a água diminuem com a redução da massa molecular. Para a água, cuja massa molecular é menor, essas temperaturas são muito superiores. O fenômeno é atribuído à grande polaridade da água, que chega à formação de ligações de hidrogênio. 3. A ÁGUA COMO SOLVENTE A água dissolve muitos corpos sólidos, líquidos e gasosos, especialmente ácidos e sólidos iônicos. Alguns compostos de carbono também se dissolvem na água, como o álcool, o açúcar ou a ureia, mas a maioria dos outros compostos é insolúvel em água, como é o caso do benzeno, das graxas, do petróleo ou da borracha. 3.1.Água: solvente de substâncias iônicas Por ser polar, a água aproxima-se dos íons que formam um composto iônico (sólido) pelo polo de sinal contrário à carga do íon, conseguindo assim anular sua carga e desprendê-lo do resto do sólido. Uma vez separado do sólido, o íon é rodeado pela água, evitando que ele regresse ao sólido. Um exemplo claro é a AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 4 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional ação da água sobre o NaCl (cloreto de sódio). 4.CONTAMINAÇÃO DA ÁGUA O homem usa a água para satisfazer necessidades domésticas, agrícolas e industriais, como meio de transporte e destino de resíduos. Em quantidades pequenas, os resíduos são decompostos pela ação dos microorganismos. A quantidade excessiva deles provoca uma degradação das bacias fluviais e das costas, impossibilitando a vida nessas águas. 4.1.A Contaminação Pode vir do campo em sua dupla vertente: a pecuária e a agricultura. A grande concentração humana nas cidades também é responsável por uma parte importante da contaminação. Ali surgem as cloacas, verdadeiros rios de esgoto que arrastam resíduos sólidos. A principal e mais perigosa fonte de contaminação são as indústrias,que despejam seus resíduos nas águas. 4.2.Tratamento da água A água destinada ao consumo humano deve passar por um processo de potabilização. Para tal, é submetida a uma complexa e dispendiosa série de manipulações para garantir a ausência de partículas sólidas (filtração), inclusive em suspensão (adição de substâncias floculantes e decantação), evitar os maus cheiros e sabores (filtros de carvão) e eliminar os microorganismos (cloração) antes de chegar aos lares. 1.3 Secagem e Equipamentos de Secagem. A desidratação ou secagem de um alimento (sólido ou líquido) é a operação de remoção de água, ou de qualquer outro líquido na forma de vapor, para uma fase gasosa insaturada através de um mecanismo de vaporização térmica, numa temperatura inferior à de ebulição. A secagem é um processo combinado de transferência de calor e massa, em que uma boa parte da água é eliminada reduzindo, consequentemente, a sua reações de origem química e física. Os microrganismos não podem desenvolver-se nos alimentos secos. A secagem também reduz o tamanho e o peso dos alimentos, tornando-os mais fáceis de serem transportados e armazenados. As indústrias escaldam os legumes e algumas frutas antes da secagem, para evitar as mudanças causadas pelas enzimas. A escalda consiste em expor os alimentos ao vapor de água ou colocá-los em água fervendo. As indústrias muitas vezes tratam maçãs, pêras e pêssegos com anidrido sulfuroso para evitar as enzimas e outras mudanças químicas, especialmente o escurecimento das frutas. Os alimentos podem ser secos ao sol, em fornos, em máquinas especiais chamadas desidratadoras e em câmaras pulverizadoras. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 5 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Secagem ao Sol. É o método mais antigo de secar alimentos. Os alimentos são colocados em bandejas e expostos ao sol. Após vários dias já se evaporou uma quantidade de umidade suficiente para que se possa considerá-los livres dos perigos do armazenamento. As indústrias secam ao sol muitas frutas, alguns vegetais e alguns peixes. As donas-de-casa também usam esse método para secar frutas. Os secadores solares são equipamentos destinados a principalmente secagem de grãos. Podem ser do tipo direto ou indireto. Secador Solar Direto - o produto fica exposto à radiação solar. Princípio básico: - Plataforma de secagem. Secador Solar Indireto - o produto fica dentro de uma câmera de passagem de ar aquecido. Princípio básico: - Coletor Solar de passagem de ar quente. - Câmera de passagem de ar quente. Secagem no Forno. Esse método usa o calor de um forno ou estufa para evaporar a umidade dos alimentos. O forno ou estufa fica na parte inferior de uma construção. O alimento é colocado em prateleiras e o calor sob através das aberturas entre as parteleiras. O processo pode levar vários dias. Durante esse período, os operários viram e mudam o alimento de lugar várias vezes para certificar-se de que está completamente seco. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 6 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Desidratadoras. Essas máquinas levam menos tempo para secar determinada quantidade de alimentos do que os outros meios de secagem. Algumas desidratadoras usam um vácuo parcial para fazer a água evaporar a uma temperatura baixa. Devido à temperatura mais baixa, ocorrem menos transformações químicas causadas pelo calor. Câmaras Pulverizadoras. Servem para desidratar ovos, leite e sucos de frutas e de hortaliças. Pelo método de secagem por pulverização, o alimento líquido é pulverizado através de pulverizadores para dentro de câmaras de secagem especialmente desenhadas. As partículas de alimentos se depositam em forma de pó no fundo das câmaras. A secagem por jatos de ar quente é usada principalmente para as hortaliças. Os desidratadores forçam o ar quente para cima dos alimentos colocados em bandejas dentro de câmaras especiais. O ar aquecido, ao passar sobre os alimentos, absorve e leva consigo a umidade. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 7 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 1.OUTROS EQUIPAMENTOS DE DESIDRATAÇÃO Existem diversos tipos de desidratadores. A escolha de um determinado tipo é ditado pela natureza do produto que vai ser desidratado, pela forma que se deseja dar ao produto processado, pelo fator econômico e pelas condições de operações. Os equipamentos de secagem podem ser classificados de acordo com o fluxo de carga e descarga (contínuo ou descontínuo); pressão utilizada (atmosférica ou vácuo); métodos de aquecimento (direto ou indereto); ou ainda de acordo com o sistema utilizado para fornecimento de calor (conveção, condução, radiação, ou dielétrico). 2. TIPOS DE DESIDRATORES OU SECADORES 2.1.SECADORES DE BANDEJA Basicamente consiste de uma câmara com isolamento térmico, com sistemas de aquecimento e ventilação do ar circulante sobre as bandejas e através das bandejas, que ficam em uma base fixa. O ar aquecido circula por meio de ventiladores e o sistema permite uma circulação de ar para conservação do calor. A eficiência térmica nesse tipo de secador varia de 20 a 50%, dependendo da temperatura utilizada e da umidade do ar de saída. É utilizado para a secagem de frutas, legumes e hortaliças em pequena escala. 2.2.SECADORES DE ESTEIRA Estes secadores possibilitam o transporte contínuo do alimento em processo por meio de uma esteira perfurada. Os secadores de esteira contínua são normalmente construídos de forma modular de modo que, cada seção apresenta o seu ventilador e aquecimento próprio. Essas seções são unidas em série formando um túnel através do qual esteira se movimenta. Os legumes, frutas e hortaliças neste tipo de secador, são submetidas a uma temperatura de secagem no primeiro estágio, que pode chegar até 130ºC e, a velocidade do ar em torno de 1,4 a 1,5 metros/segundo, possibilitando uma capacidade de secagem muito alta sem prejudicar as qualidades dos alimentos, devido o efeito de resfriamento na evaporação da água. 2.3.SECADORES PNEUMÁTICOS – “ FLASH DRYER” Os secadores pneumáticos "Flas Dryer", são adequados especialmente a sólidos unidos, resultante de processos de filtragem, decantação e centrifugação, onde se deseja principalmente a remoção da umidade para obtenção de pós secos. O esquema mostra um sistema Frash Dryer. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 8 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 1-Filtro de ar, 2-Secador, 3-Aquecimento indireto co geração de ar quente, 4-Bico de aquecimento, 5- Condutor de ar aquecido, 6-Moinho desintegrador, 7-Rosca de alimentação, 8-Tanque de produto, 10- Transportador, 12-Tubo condutor, 13-Ciclone de separação e recuperação, 14-Filtro, 16-Válvula rotativa, 17-Desintegrador secundário, 18-Transportador pneumático tubular, 19-Ciclone filtrante, 20- Ventilador, 21-Exaustão dos gases. No Flash Dryer, o alimento a ser desidratado, é introduzido em um sistema de transporte por tubulações ondeo próprio ar de secagem, a medida que transporta o material, vai evaporando a água nela contida. sendo após a secagem, recuperada em um ciclone. A velocidade do ar na saída do sistema é da ordem de 10 a 30 metros/segundo. O tempo de retenção do alimento que esta sendo seco, mesmo para sistemas de grande percurso, é da ordem de 4 a 5 segundos. A capacidade volumétrico da evaporação do Flash Dryer varia de 10 a 200 kg/h. m3. O diaframa abaixo ilustra um sistema Flash Dryer. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 9 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 2.4. SECAGEM POR "SPRAY DRYER" - ATOMIZAÇÃO Este processo tem por princípio a atomização ou pulverização do alimento a ser desidratado em diminutas partículas. Este tipo de desidratador, é muito utilizado na indústria de alimento para secagem de produtos na forma líquida ou pastosa. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 10 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional (1)-Ar Quente; (2)-Entrada de Ar; (3)-Bomba de Alimentação; (4)-Introdução de Ar para resfriamento do Produto; (5)-Produto Seco Frio; (6)-Leito Fluidizado; (7)-Produto Final Seco; (8)-Bico de Atomização-Spray; (9)-Câmra de Produto Atomizado (névoa); (10)-Ciclone de Recuperação; (11)- Filtro de Ar Invertido; (12)-Saída de Ar; (13)-Produto recuperado; (14)-Leito Fluidizado de Aglomeração. A característica neste tipo de sistema, é o tempo extremamente curto, variando de 3 a 12 segundos e, a temperatura do produto durante o processo de secagem é relativamente baixo. As partículas formadas apresentam diâmetro da ordem de 10 a 200 microns, resultando desta forma uma maior superfície de exposição por umidade de volume do alimento que esta sendo secado e, assim a ocorrência de uma secagem rápida. As figuras abaixo ilustra os modelos de válvula atomizadora. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 11 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Dispositivo Atomizador: três são os tipos básicos de atomizadores, bicos sob pressão, centrífugos, e atomizador duplo. No atomizador sob pressão, o alimento é bombardeado para o bico atomizador a uma pressão da ordem de 100 a 600 kgj/cm2. O bico atomizador do tipo centrífugo, é basicamente um disco que gira na extremidade de um eixo esparramando o alimento na câmara de secagem. O sistema atomizador duplo, a pressão necessária para pulverizar o alimento, é geralmente menor do que usada para o sistema de bico de pressão. Dos três sistemas, o mais utilizado é o centrífugo e bico sob-pressão. Processo de Instantaneização – Aglomeração: para determinados produtos desidratado, os pós provenientes da câmara de secagem e dos ciclones de recuperação, antes de ser embalados podem sofrer um reprocessamento logo após a sua secagem, isto para melhorar as suas características de dispersibilidade tornando o produto com características instantâneas. Para se obter estas características, é incorporado logo após a câmara de secagem, um sistema de aglomeração de partículas. O sistema é mostrado na figura a seguir. Sistema de Aglomeração AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 12 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional do Produto Seco Esq. de Secagem de Produto na câmara Neste sistema, opera-se com baixa temperatura do ar de saída do secador. Como a temperatura de saída é baixa, os produtos apresenta granalumetria intermediária; sai da câmara de secagem com um teor de umidade mais elevado do que o produto final desejado. Na aglomeração, a aspersão atomizada é aumentada, e a probabilidade da formação de aglomerado de partículas é menor que nos secadores convencionais. Este processo é normalmente utilizado para produtos desidratados derivados de leite; de cacau; café e farinhas. 2.5. SECADORES DE ALIMENTOS LÍQUIDOS Estes secadores são utilizados para alimentos líquidos sensível ao calor; utiliza portanto no processo ar com baixa velocidade e temperatura em torno de 30ºC. O alimento é introduzido no topo da torre de secagem e é pulverizado na forma de pequenas gotas que realizam uma trajetória no sentido descendente, e recebe o ar de secagem. Este tipo de sistema evita uma desidratação muito rápida do alimento líquido na forma de gotas, eliminando assim, a sua exposição a altas temperaturas com perdas dos seus componentes componentes voláteis. O produto seco é separado do ar por um ciclone de separação. As partículas mais finas, retornam a torre de secagem para um novo tratamento térmico. O produto seco é separado do ar por um ciclone de separação. As partículas mais finas retornam a torre de secagem para um novo tratamento térmico. . 2.6. SECADORES DE LEITO FLUIDIZADO O sistema de leito fluidizado consiste na secagem do alimento, fazendo a circulação de ar quente através de um leito de sólidos, de modo que estes permanecem suspensos no ar. Esse tipo de secador apresenta aplicação limitada, principalmente AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 13 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional devido a adequação do sistema de alimentação para fluidização dos alimentos e, ocorre geralmente a velocidades muito alta. Este sistema de secagem, tem sido utilizado para secagem de batata em grânulos ou flocos, cebola em flocos, farinhas, cenouras, cacau, etc. Secagem por Leito Fluidizado Os procedimentos de eliminação da umidade dos diversos alimentos não são fáceis. Para tanto, deve-se controlar rigorosamente os princípios físicos-químicos sobre a ação da água nos alimentos. Durante o processo de secagem, um dos problemas que pode ocorrer é o escurecimento do produto devido a ação das enzimas. A escolha adequada do equipamento de desidratação é fundamental, para a obtenção de um produto final adequado e de boas características e conservação do mesmo. 1.4 Sedimentação. A sedimentação permite a separação de um sólido presente em um fluido ou de dois fluidos imiscíveis pela ação da força da gravidade. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 14 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional • A velocidade depende: Tamanho das partículas ou gotas dos fluidos; Diferença de densidade; Viscosidade Essa operação costuma requerer muito tempo,principalmente se a diferença de densidade entre as fases não é muito grande. Para acelerar se usam forças adicionais como o uso de centrífugas. A sedimentação é utilizada para limpeza de matérias-primas, separação de sólidos em efluentes e para eliminação de pó ou de partículas finas do ar. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 15 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Unidade II (15h/a) Capitulo 2 2.1 Evaporação e Equipamentos de Evaporação. A evaporaçãoé a operação unitária que tem por objetivo a concentração de uma solução, pela retirada de solvente, fazendo a solução entrar em ebulição. Evaporadores são equipamentos de ampla utilização nas indústrias química e de alimentos. A principal vantagem do emprego de evaporadores nessas industriais está na redução do consumo de vapor, sendo o número ótimo de efeitos aquele que permita realizar a evaporação proposta, com um custo total mínimo. Basicamente um evaporador consiste de um trocador de calor para aquecer a solução à ebulição e um separador do vapor formado pela fase líquida em ebulição. O produto de um evaporador é geralmente a solução concentrada. A figura abaixo mostra um esquema de um evaporador. 1. UTILIZAÇÃO DA EVAPORAÇÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTO A evaporação consiste em concentrar os alimentos líquidos por ebulição, aumentando a concentração dos sólidos totais para reduzir a aw, contribuindo para a conservação. Na indústria de alimentos e sucos, evaporação se refere à operação que consiste em remover a água existente nos alimentos in natura (todo alimento contém água natural em sua composição). Para a evaporação, usa-se transferência de calor para ferver o alimento, e obter um produto aquoso de concentração mais elevada. Este processo é utilizado AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 16 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional para retirada da água dos alimentos mais variados como: Fabricação de leite condensado. Sucos de frutas concentrados (laranja, abacaxi, uva, etc.). Extrato e Catchup de tomate. Polpas de frutas (banana, morango, manga, etc.). Doces em massas (goiabada, marmelada, batata doce, etc.). O evaporador tem a função principal de fornecer calor para evaporar a água do alimento (troca térmica), através da ebulição. Para que o alimento não perca a sua cor, aromas e ingredientes nutritivos, esta operação de fervura é realizada sob vácuo no interior do evaporador isto é, o alimento entra em ebulição a baixa temperatura. Alguns fatores são importantes na evaporação da água do alimento e que, deve ser observado: Viscosidade do Produto Alimentício Quanto mais concentrado o produto mais viscoso ele fica, até um ponto em que a troca térmica não é mais possível. 2. EFEITOS NAS PROPRIEDADES DOS ALIMENTOS Ajustar os equipamentos de modo que as temperaturas de ebulição se mantenham baixas e os tempos de permanência do produto nas zonas de aquecimento sejam curtas. Emprego de evaporadores que operam a pressões reduzidas e permitem grande desenvolvimento superficial. Perda de aroma: a maioria dos compostos responsáveis pelo aroma e, em alguns casos, pelo sabor dos alimentos é mais volátil do que a água. Em alguns casos, essa perda pode ser benéfica, ao se eliminarem voláteis desagradáveis (cacau, leite). Mudanças de cor: os alimentos evaporados geralmente apresentam cor mais intensa: aumento da concentração dos sólidos e a diminuição da aw favorecem algumas reações químicas (escurecimento não-enzimático). 3.EVAPORADORES UTILIZADOS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTO Evaporadores de tubo longo - São formados por uma câmera vertical provida de trocadores de calor de tubos verticais com 2,5 a 5,0 cm de diâmetro e 3 a 15 m de altura. Esse tipo de evaporador pode ser de película ascendente ou descendente, dependendo da disposição da entrada de líquido no trocador de calor. Evaporadores de circulação forçada - Possuem bombas centrífugas (para líquidos menos viscosos), bombas de deslocamento positivo (para líquidos de maior viscosidade) ou diversos dispositivos (como uma hélice impulsora nos evaporadores de cristalização) que distribuem o líquido no interior do trocador de calor e aumentam a velocidade de fluxo ao longo das superfícies de aquecimento. 2.2 Princípios do Processamento Térmico. Os tratamentos térmicos antigamente eram tratados sem base sem nenhuma base cientifica, resultando em casos de deterioração e intoxicação. Na indústria alimentar o processamento térmico é aplicado de várias maneiras e com objetivos diversos. No entanto, a função para o qual é empregue com maior frequência e onde a sua importância é maior, é na eliminação dos microrganismos AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 17 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional perigosos para a saúde humana e dos que provocam a deterioração dos alimentos. Tem também um papel importante na inativação de enzimas e na redução de reações de deterioração como rancificação e enegrecimento dos alimentos. As questões mais importantes relacionadas com os tipos de processamentos utilizados na produção de alimentos são segurança e a qualidade alimentar. Apesar de estas duas questões serem confundidas e misturadas frequentemente, elas têm aspectos muito distintos uma da outra. A segurança alimentar está associada à inocuidade com que o alimento deve ser colocado no mercado, não havendo nesse ponto espaço para discussão ou negociação. Já a qualidade é uma garantia a mais que pode ser introduzida em maior ou menor grau, dependendo do preço a que o fabricante esteja disposto a colocar o produto no mercado. No caso do processamento térmico, estas duas questões estão em permanente conflito, pois se a segurança alimentar pode ser amplamente alcançada, no caso da qualidade, o produto pode sofrer alterações desagraveis como a gelatinização do amido e a desnaturação das proteínas, tendo como consequência a perda de vitaminas e minerais, e afetando negativamente as características organolépticas do alimento, como a cor, o aroma e a textura. O processamento térmico dos alimentos envolve três períodos distintos: o aquecimento, o tempo de exposição e o resfriamento. Embora todos eles tenham uma importância fundamental no tipo de reações que irão acontecer dentro do alimento, a intensidade do calor durante o período do tempo de exposição é o que mais influência e que mais caracteriza o tipo de processamento utilizado. No casos do aquecimento e resfriamento, eles deverão ser os mais rápidos possíveis para que os danos nos alimentos sejam mínimos. Deste modo, o processamento térmico pode ser considerado como a arte de selecionar a melhor combinação de tempo / temperatura a ser aplicada a cada alimento. PROCESSOS TÉRMICOS NOS ALIMENTOS De modo a compreender os processos de conservação baseados na utilização de altas temperaturas (processamento térmico ou tratamentos térmicos), é necessário por um lado conhecer qual o efeito ou efeitos das altas temperaturas sobre os microrganismos e, por outro lado compreender os mecanismos básicos de transferência de calor do meio de aquecimento (água ou vapor de água) para os alimentos processados e no interior do próprio alimento, produzindo desta forma produtos alimentícios seguros à saúde do consumidor. (1)- Subprocessamento Térmico Esse tipo de deterioração é devido a um tratamento térmico inadequado; ou se forneceu um aquecimento baixo ou o tempo de aquecimento foi insuficiente para a esterilização do alimento 2)- Resfriamento Inadequado É a deterioração dos alimentos embalados hermeticamente, devido ao processamento inadequado de resfriamento após aquecimento, geralmente feito com água corrente. Isto ocorre devido a temperatura inadequada da água de resfriamento; tratamento químico (cloração) da água também insuficiente; tempo de exposiçãoda embalagem no resfriamento insuficiente, são fatores que podem proporcionar a deterioração do alimento embalado. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 18 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 3)- Deterioração Pré-Processamento Ocorre também devido a falhas durante o processamento do alimento, propiciando o desenvolvimento de microrganismos no alimento durante a sua preparação e antes da esterilização. Experiências demonstram que durante um intervalo de aproximadamente 2 horas entre a preparação e o cozimento do alimento, a contagem bacteriana aumenta em torno de 50%. No processamento térmico há ainda que contar com fatores associados à natureza de cada alimento, como é o caso da atividade da água (Aw), o pH e a sua composição e consistência. Para alimentos com um Aw elevado a resistência ao calor dos microrganismos não é significativa, mas para alimentos ricos em açúcar, gorduras ou com matérias-primas oleosas torna-se mais difícil eliminá-los, pelo que o processamento terá de ser mais intenso. No caso do pH, a sua influência é decisiva para os microrganismos, pois para alimentos ácidos, com um pH inferior a 4,5, a maioria não consegue desenvolve-se, bastando assim, um processamento térmico mais suave. A composição e a consistência dos alimentos são fatores que influenciam a transferência de calor no interior do alimento. Para alimentos líquidos o problema não se coloca, pois o calor é rapidamente transferido equitativamente por todo o produto. Já em alimentos sólidos, normalmente enlatados, a resistência à passagem do calor é maior, pelo que a utilização de um calor intenso durante um curto período de tempo só iria queimar o produto junto às paredes da embalagem, assim, para que o calor chegue com a mesma intensidade ao seu interior terá de ser aplicada uma temperatura mais reduzida e durante mais tempo. 2.3 Sistemas e Processamentos Térmicos. Tipos de Tratamentos para Conservação de Alimentos Os processos de conservação têm por objetivo evitar as alterações nos alimentos, sejam elas de origem microbiana, enzimática, física ou química. Os tipos de tratamento existentes são: Conservação pelo calor; Conservação pelo frio; Conservação pelo controle da umidade; Conservação pela adição de um soluto; Conservação por defumação; Conservação por fermentação; Conservação pela adição de aditivos; Conservação pelo uso da irradiação. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 19 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 1- Conservação pelo Calor: Baseia-se no emprego de temperaturas ligeiramente acima das máximas que permitem a multiplicação dos microrganismos, de forma a provocar a sua morte ou a inativação de suas células vegetativas. Os principais métodos de conservação por Calor são: 1.1 - Pasteurização: A pasteurização é um tratamento térmico relativamente suave, utiliza temperaturas inferiores a 100 ºC tem como principal objetivo prolongar a vida de prateleira dos alimentos, por alguns dias, como no caso do leite ou por alguns meses, como ocorre com as frutas enlatadas. Este método tem como princípio, a inativação de enzimas e a destruição dos microrganismos sensíveis a temperaturas mais elevadas, como as bactérias vegetativas, bolores e leveduras, sem, contudo modificar significativamente o valor nutritivo e as características organolépticas do alimento submetido a esse tratamento. Como a temperatura não passa dos 100°C, este aquecimento pode ser produzido por vapor, água quente, radiações ionizantes, calor seco, microondas, etc. Também se utiliza a pasteurização quando os tratamentos térmicos mais elevados trazem perdas de qualidade significativas, quando os agentes microbianos responsáveis pelas alterações no alimento não são muito termoresistentes ou quando se deseja destruir agentes competitivos (ex: antes de uma fermentação). A pasteurização pode ser feita de maneira rápida - temperatura alta, tempo curto (HTST - "high temperature, short time"), usando-se temperaturas superiores a 70°C por alguns segundos - ou de maneira lenta - temperatura baixa, tempo longo (LTLT - "low temperature, long time"), com temperaturas entre 58°C e 70°C por alguns minutos. Alguns dos equipamentos utilizados para a pasteurização são: • Trocador de calor de placas; • Trocador de calor tubular; • Tanque de pasteurização. A pasteurização é fundamental no processamento de: • Alimento infantil à base de maçã e banana • Leite • Catchup • Cerveja • Cogumelo em conserva • Molho de pimenta • Suco de laranja • Suco de Laranja Concentrado • Vinagre de maçã AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 20 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional • Geleia de pimentão 1.2 - Esterilização: A esterilização pelo calor é o tratamento no qual o alimento é aquecido a uma temperatura relativamente elevada durante períodos variados de tempo, suficientes para a destruição de microrganismos e inativação de enzimas capazes de deteriorar o produto durante o armazenamento. Este tratamento pode ser realizado por diversos processos, e tem ainda como objetivo principal a destruição dos microrganismos causadores de doenças e deterioradores, mantendo-o livre de germes nocivos à saúde do consumidor. A esterilização é a principal operação no processamento de hortaliças em conserva ou frutas em calda, sobretudo para alimentos pouco ácidos, quando um tratamento a temperaturas inferiores a 100°C não é suficiente para a destruição de esporos de microrganismos do tipo Clostridium botulinum e outros termófilos prejudiciais. Emprega-se então uma temperatura em torno de 121°C, conseguindo a eliminação de praticamente toda a população microbiana, seja na forma latente ou vegetativa. O meio mais empregado para o aquecimento é o vapor saturado, que transfere calor ao produto em virtude do elevado coeficiente de transferência térmica e alto calor latente de condensação. Assim, são mais eficientes que os processos de esterilização a seco, por proporcionar uma maior troca térmica. A esterilização pode ser feita em autoclaves contínuas ou em batelada, dependendo do tamanho da indústria e da variedade e quantidade de produtos a serem fabricados. Os aparelhos utilizados devem ser resistentes à pressão que muitas vezes é enorme, chegando a atingir toneladas de força que são exercidas contra a tampa da autoclave. As autoclaves podem ser dos seguintes tipos: fixas ou rotativas, verticais ou horizontais, contínuas ou descontínuas. As mais empregadas são as fixas e descontínuas, do tipo vertical ou horizontal. As autoclaves descontínuas, fixas, verticais ou horizontais, exigem trabalho durante a operação e utilização de grande massa de água e vapor de água. Podem receber materiais de tamanhos diferentes; as do tipo vertical ocupam menos espaço, porém, para movimentos de carga e descarga, as autoclaves do tipo horizontal são mais fáceis de serem manejadas. A esterilização é fundamental para a conservação de : • Milho em Conserva • Seleta de legumes AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias21 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 1.3 - Tindalização: Nesse processo, o aquecimento é feito de maneira descontínua. Após o acondicionamento das matérias primas alimentícias, a serem submetidas ao tratamento, em recipiente fechado, o produto é submetido ao tratamento térmico. Dependendo de cada produto e do rigor térmico desejado, as temperaturas variam de 60 a 90 ºC, durante alguns minutos. As células bacterianas que se encontram na forma vegetativa são destruídas, porém os esporos sobrevivem. Depois do resfriamento, os esporos entram em processo de germinação e depois de 24 horas a operação é repetida. O número de operações pode variar de 3 a 12 vezes até a obtenção da esterilização completa. A vantagem desse processo é que podem ser mantidos praticamente todos os nutrientes e as qualidades organolépticas do produto, em proporções maiores do que quando se utilizam outros tratamentos térmicos. 1.4 - Apertização: A apertização é a aplicação do processo térmico a um alimento convenientemente acondicionado em uma embalagem hermética, resistente ao calor, a uma temperatura e um período de tempo cientificamente determinados, para atingir a esterilização comercial. Este processo corresponde ao aquecimento do produto já elaborado, envasado em latas, vidros, plásticos ou outros materiais e relativamente isentos de ar. 2 - Conservação pelo Frio: Temperaturas abaixo das que se tem registrado no ambiente são utilizadas para retardar as reações químicas e as atividades enzimáticas, bem como para retardar ou inibir o crescimento e a atividade dos microrganismos nos alimentos. • Refrigeração A exemplo do resfriamento, esta operação consiste no abaixamento da temperatura do produto, para retardar as reações químicas e a atividade enzimática, bem como para retardar ou inibir o crescimento e a atividade dos microrganismos nos alimentos. A refrigeração é normalmente utilizada como operação suplementar a alguma outra forma de conservação. A temperatura de refrigeração é normalmente entre 5 e 10 ºC, e vai variar em função do produto e do tempo de prateleira desejado • Congelamento O principal objetivo do congelamento é a conservação do produto em condições de oferecer uma qualidade desejável para o consumo. Esta conservação ocorre pela transformação da água presente no alimento para o estado sólido. O congelamento é utilizado para: - Retardar as reações químicas e a atividade enzimática; - Retardar ou inibir o crescimento e a atividade dos microrganismos nos alimentos. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 22 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Um congelamento bem feito não provoca grandes variações dos elementos nutritivos de um alimento. No caso de vegetais, a velocidade do congelamento é um fator muito importante a ser considerado, quanto mais rápido for o congelamento menores os danos causados no alimento. Para levar o produto à temperatura desejada são empregados os chamados congeladores, onde os mais amplamente utilizados são classificados em: - Circulação forçada de ar: baseado no princípio de transferência de calor por convecção. Utiliza ar a alta velocidade (3 a 8 m/s) e baixa temperatura (-30 a -45°C) e são construídos nas mais diferentes formas; - Placas: o sistema é baseado na transferência de calor por condução entre o produto e a superfície de duas placas metálicas entre as quais é disposto o produto. No interior destas placas é circulado refrigerante a baixa temperatura, usualmente a -35°C; - Criogênico: este método envolve a exposição do produto a uma atmosfera abaixo de -60°C, para o que é utilizado nitrogênio líquido ou dióxido de carbono. As temperaturas de evaporação são de -195°C e -78°C à pressão atmosférica, respectivamente; - Imersão: neste método ocorre a imersão direta dentro do meio refrigerante ou a pulverização do líquido sobre o produto. O congelamento é uma etapa incluída no processamento de: • Batatas Pré-fritas Congeladas • Ervilha congelada • Suco Concentrado de Laranja • Polpa de morango congelada 3 - Conservação pelo Controle da Umidade: • Secagem natural • Desidratação ou secagem artificial 4 - Conservação pela Adição de Solutos: • Adição de sal • Adição de açúcar A adição elevada de quantidades de açúcar ou sal ao alimento pode reter quantidades variadas de água, o que resulta em um estado qualificado como pressão osmótica. A preservação de frutas pela adição de açúcar, transformando-se em geleia, doces em massa e outros produtos similares ocorre pela elevada concentração de açúcar. Estes produtos contêm em média de 25 a 33% de umidade, mas podem ser conservados sem maiores problemas. O sal também é bastante eficaz na preservação de carnes e peixes. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 23 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 5 - Conservação por Defumação: Consiste no processo de aplicação de fumaça aos produtos alimentícios, produzida pela combustão incompleta de algumas madeiras previamente selecionadas. Normalmente é realizado em conjunto com a salga, a cura, a fermentação e outros processos. Em carnes, o contato com o calor e a fumaça provocam a perda da água, a superfície fica ressecada e a coloração estabilizada. A perda de água e a ação dos constituintes da fumaça conferem ao alimento barreiras físicas e químicas eficientes contra a penetração e a atividade de microrganismos. Essa capa protetora pode ser devido à desidratação que se processa na superfície do produto, principalmente na defumação a quente, à coagulação protéica que ocorre durante a defumação e ao depósito das substâncias antimicrobianas que existem na fumaça, que se condensam e ficam depositadas na superfície do produto. 6 - Conservação por Fermentação: É um processo que utiliza o crescimento controlado de microrganismos selecionados, capazes de modificar sua textura, sabor e aroma, como também suas propriedades nutricionais. 6.1 - Fermentação alcoólica: A fermentação alcoólica é usada na elaboração de bebidas alcoólicas entre as quais temos as fermentadas (vinhos e cervejas) e as fermento-destiladas (aguardente, run, uísque, conhaque, tequila, gin, etc.). Transforma-se açúcares solúveis em etanol como produto principal. A transformação de glicose ou outro monossacarídeo em duas moléculas de álcool e gás carbônico é feita graças a presença de certas enzimas elaboradas por leveduras. Entre as leveduras mais utilizadas na fermentação alcoólica encontra-se Saccharomycies cerevisiae, usada na elaboração de vinhos, na produção de cervejas são utilizadas as espécies S. carlsbergensis e S. uvarum. 6.2 - Fermentação acética: Na indústria de alimentos é largamente utilizada na produção de vinagre, pela oxidação do álcool por bactérias acéticas, como Acinobacter e Gluconobacter. Porém, várias espécies acéticas podem oxidar o álcool a ácido acético, mas muitas delas também podem oxidar o ácido acético a gás carbônico e água, o que é indesejável, quando se tem como objetivo a produção do vinagre. 6.3 - Fermentação láctica: A fermentação láctica é largamente utilizada na preservação dos alimentos. Importantesprodutos de origem vegetal como picles, chucrute e azeitonas e de origem animal como queijo e salames são elaborados por meio da fermentação láctica. Na fermentação de produtos pouco ácidos como leite e carnes, realizada com objetivo de aumentar a concentração de microrganismos fermentadores, para reduzir o tempo de fermentação e inibir o crescimento de germes patogênicos e deterioradores, adiciona-se uma determinada quantidade de microrganismos AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 24 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional selecionados, com o objetivo de iniciar a fermentação; essa cultura de microrganismos é conhecida como "cultura starter". 7 - Conservação pela Utilização de Aditivos: Os aditivos podem contribuir muito para a conservação dos alimentos. Mas essa prática deve ser encarada com bastante atenção, uma vez que, a ingestão excessiva de alimentos conservados por aditivos químicos pode provocar perturbações no equilíbrio fisiológico do consumidor. 8 - Conservação pelo Uso da Irradiação: O emprego da irradiação, sob ponto de vista tecnológico, satisfaz plenamente o objetivo de proporcionar aos alimentos, a estabilidade química e microbiológica, condições de sanidade e longo período de armazenamento. O uso comercial da radiação ionizante na preservação de alimentos é relativamente recente, embora os primeiros estudos e ideias de aplicabilidade do método, remotam do início do século passado. Equipamentos Especiais de Processamento Térmico Secadores e Fornos Caminhão/Bandeja para Processamento de Lotes Secadores tipo Caminhão/bandeja e configurações simples ou múltiplas de bandejas podem ser utilizados para secar produtos de panificação, frutas, vegetais, sementes de pássaros, rações de animais domésticos, químicos, produtos farmacêuticos e pigmentos. Secadores Tipo Torre Os secadores tipo torre da Aeroglide são usados para produtos de fluxo livre com relativamente baixo conteúdo de umidade como grãos, sementes e Pelotas de alimentos. Resfriadores Verticais O resfriador de contrafluxo patenteado pela Aeroglide Verticool™ pode ser utilizado para resfriar produtos granulados, pelotizados ou extrudados como rações para animais domésticos e alimentos aquáticos. Fogões e Resfriadores Giratórios Aquecimento e resfriamento eficiente de frutas enlatadas, tomates, alimentos com Alvejadores Os alvejadores da Aeroglide proporcionam tempos de Secador de Equilíbrio Pós-Cozimento Os sistemas pós cozimento da Aeroglide são projetados para obter equilíbrio de umidade AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 25 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional alto ácido, molhos e sucos. retenção acurados e alta qualidade de produto na fritura de batatas e na produção de castanhas. do produto, condicionamento e secagem final de produtos cozidos e crackers. Tratamento UHT Drum-Dry equipamento de secagem com larga aplicação na indústria alimentícia e química, e é ideal para desidratar purês, produtos pastosos e pegajosos, líquidos e suspensões viscosas. Pasteurizador para Sorvetes e Picolé Pasteurizador AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 26 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Autoclave 2º Bimestre Unidade III (15h/a) Capitulo 3 1.1Irradiação. O uso da irradiação, um processo físico, na conservação de alimentos, é de origem relativamente recente, é um processo rápido que não deixa resíduos e não eleva a temperatura interna do produto. A irradiação é uma técnica eficiente na conservação dos alimentos, pois reduz as perdas naturais causadas por processos fisiológicos (brotamento, maturação e envelhecimento), além de eliminar ou reduzir microrganismos, parasitas e pragas, sem causar qualquer prejuízo ao alimento, tornando-os também mais seguros ao consumidor. Existe uma ampla gama de alimentos que podem ser tratados com radiações ionizantes com a finalidade de conservação. Os efeitos causados nos alimentos dependem do tipo de alimento que está sendo tratado e da dose de irradiação que está sendo aplicada. A seguir, citamos os efeitos nos alimentos quando submetidos às radiações ionizantes. • Inibição de brotamentos; • Retardo na maturação; AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 27 Cebolas irradiadas há seis meses (direita) e cebolas não irradiadas (esquerda) Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional • Redução da carga microbiana; • Eliminação de microorganismos patogênicos; • Esterilização; • Desinfecção de grãos, cereais, frutas e especiarias. As pessoas se perguntam se a irradiação torna o alimento radioativo. A resposta é NÃO. Segundo o INTERNATIONAL CONSULTIVE GROUP ON FOOD IRRADIATION (1999), mesmo que os alimentos fossem expostos a doses de radiação muito elevada, o nível máximo de radioatividade seria 200.000 vezes menor do que o nível de radioatividade naturalmente presente no alimento. O uso comercial da radiação gama é limitado pelo alto custo e tamanho do equipamento necessário ao tratamento. Além de existir certa resistência do consumidor ao uso de alimentos irradiados (CHITARRA e CHITARRA, 1990). Para termos uma ideia concreta do quanto a radiação ionizante pode prolongar o tempo de vida útil dos alimentos, segue uma tabela apresentando alguns resultados. Os dados foram produzidos no LABORATÓRIO DE IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS E RADIOENTOMOLOGIA - CENA/USP. Produto Vida útil sem irradiação Vida útil com irradiação Alho 4 meses 10 meses Arroz 1 ano 3 anos Banana 15 dias 45 dias Batata 1 mês 6 meses Cebola 2 meses 6 meses Farinha 6 meses 2 anos Legumes e Verduras 5 dias 18 dias Papaia 7 dias 21 dias Manga 7 dias 21 dias Milho 1 ano 3 anos Frango refrigerado 7 dias 30 dias Filé de pescada refrigerado 5 dias 30 dias Morango 3 dias 21 dias Trigo 1 ano 3 anos FONTE: LIARE - CENA/USP COMO FUNCIONA A IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS Irradiação de alimentos é um processo básico de tratamento comparável à pasteurização térmica, ao congelamento ou enlatamento. Este processo envolve a exposição do alimento, embalado ou não, a um dos três tipos de energia ionizante: AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 28 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional raios gama, raios X ou feixe de elétrons. Isto é feito em uma sala ou câmara especial de processamento por um tempo determinado. A fonte mais comum de raios gama, para processamento de alimentos, é o radioisótopo 60Co. O alimento é tratado por raios gama, originados do Cobalto 60 em uma instalação conhecida como irradiador, (ver figura abaixo). OS BENEFÍCIOS A irradiação não é um "milagre" técnico capaz de resolver muito dos problemas de preservação de alimentos. Ela não transforma alimento deteriorado em alimento de alta qualidade. Além disto, esse tratamento não é adequado para certos tipos de alimentos,assim como outra técnica de preservação pode não ser adequada para alguns tipos de alimentos. A irradiação de alimentos pode resolver problemas específicos importantes e complementares outras tecnologias. Ela representa uma grande promessa no controle de doenças originárias de alimentos, tais como a salmonelose, que é um problema mundial. A irradiação de alimentos também é efetiva na desinfestação, particularmente em climas quentes, em que os insetos consomem uma grande porcentagem da safra colhida. A irradiação de alimentos também pode aumentar o tempo de prateleira estocagem de muitos alimentos a custos competitivos, ao mesmo tempo em que fornece uma alternativa ao uso de fumigantes e substâncias químicas, muita das quais deixam resíduos. Em muitos casos, alimentos irradiados em sua temperatura de armazenamento ideal e em embalagens a vácuo durarão mais e manterão por mais tempo sua textura original, sabor e valor nutritivo se comparados com aqueles termicamente pasteurizados, esterilizados ou enlatados. A SEGURANÇA DOS ALIMENTOS IRRADIADOS Observe que o nível de dose utilizado na irradiação de alimentos é no máximo 10 kGy cujo valor é muito menor aos outros processos, como o aquecimento e o uso do forno de micro-ondas. A irradiação pode induzir a formação de algumas substâncias, chamadas de produtos radiolíticos, na constituição dos alimentos. Estas substâncias não são radioativas e não são exclusivas dos alimentos irradiados. Muitas delas são substâncias encontradas naturalmente nos alimentos ou produzidas durante o processo de aquecimento (glicose, ácido fórmico, dióxido de carbono). AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 29 E squema de um irradiador industrial. Consiste de uma sala com paredes de concreto, com dois metros de espessura, que contém a Fonte de Irradiação (60Co). Um sistema de esteiras transporta automaticamente o produto para dentro do ambiente de irradiação e após a irradiação o remove de lá. Em casos de ser necessário alguma manutenção na sala de irradiação, a fonte é recolhida ao fundo de uma piscina, cuja água absorve a energia da radiação, protegendo assim os operadores. Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Pesquisas sobre essas substâncias não encontraram associação entre a sua presença e efeitos nocivos aos seres humanos. Em relação aos nutrientes, a irradiação promove poucas mudanças. Outros processos de conservação, como o aquecimento, podem causar reduções muito maiores dos nutrientes. As vitaminas por exemplo, são muito sensíveis a qualquer tipo de processamento. No caso da irradiação, sabe-se que a vitamina B1 (tiamina) é das mais sensíveis, mas mesmo assim as perdas são mínimas. A vitamina C (ácido ascórbico), sob efeito da irradiação, é convertida em ácido dehidroascórbico, que é outra forma ativa da vitamina C. [Revista NutriWeb, www.epub.org.br/nutriweb/n0202/irradiados.htm]. A irradiação de alimentos tem sido objeto de pesquisas intensas por mais de quarenta anos. Organizações internacionais tais como a FAO e a WHO revisaram estas pesquisas e concluíram que a irradiação de alimentos é segura e benéfica. Similarmente, o valor nutricional de alimentos irradiados foi comparado com o de alimentos tratados por outros métodos, com resultados favoráveis. Em 1983, a Comissão do Codex Alimentarius, um grupo das Nações Unidas que desenvolve normas internacionais para alimentos, concluiu que alimentos irradiados abaixo de 10 kGy não apresentam risco toxicológico. Atualmente, níveis de tratamento dentro desta faixa, estão sendo mundialmente realizados. Veja na tabela abaixo a redução de bactérias, leveduras e fungos promovida pela aplicação de 10 kGy em várias especiarias. Especiarias e Nível de dose (kGy) Número de Microorganismos Bactérias Leveduras Fungos Pimenta da Jamaica 0 2,28x106 <10 0 10 <10 <10 0 Orégano grego 0 1,21x106 4x104 9x103 10 <10 <10 <10 Pimenta preta 0 3,2x107 0 0 10 60 0 0 Alho em pó 0 4,14x105 <10 7,8x10s 10 700 <10 REGULAMENTOS SOBRE IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 30 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Alimentos irradiados já foram aprovados em dezenas de países ao redor do mundo (ver o quadro na próxima página). Alimentos são normalmente aprovados para irradiação em bases individuais. Por exemplo, nos EUA uma aprovação para se irradiar um alimento é concedida pela Administração de Alimentos e Drogas (FDA), depois do exame de uma petição específica para aquele alimento. Uma petição pode ser submetida por um indivíduo, uma empresa privada, uma instituição educacional ou qualquer outra entidade. Outros países têm procedimentos similares. Alimentos irradiados oferecidos para consumo em mercearias devem ser rotulados como símbolo internacional denominado"Radura", mostrado abaixo. Símbolo Internacional para indicar que o produto foi irradiado O símbolo internacional da irradiação de alimentos foi estabelecido para indicar produtos alimentícios tratados por irradiação O símbolo deve ser acompanhado pelas palavras "tratado por irradiação" ou "tratado com radiação". Esta rotulagem é exigida por lei, para informar aos consumidores que eles estão comprando um alimento que foi processado. Este aviso é necessário porque a radiação não deixa nenhum vestígio indicando que o alimento foi processado. Ninguém pode detectar se um alimento foi irradiado seja pela aparência, cheiro ou toque. Isto contrasta com outras técnicas de processamento, tais como cozinhar, enlatar ou congelar, processos em que se percebe o tratamento. Os alimentos irradiados servidos em estabelecimentos tais como restaurantes não necessitam de nenhum rótulo ou declaração no cardápio, pois o alimento oferecido, obviamente terão sido processados. A rotulagem, também, não se faz necessária no caso de ingredientes irradiados que entra em um composto alimentar em pequena proporção. Como exemplo disso pode-se citar um ingrediente seco ou tempero que foi processado por irradiação, e depois adicionado em pequena proporção em um produto alimentício. ALIMENTOS IRRADIADOS NO BRASIL No Brasil, a legislação sobre irradiação de alimentos existe desde 1985 (Portaria DINAL no. 9 do Ministério da Saúde, 08/03/1985). Apenas duas empresas realizam esse serviço e estão localizadas no estado de São Paulo. Em Piraciba, o Centro de Energia Nuclear para Agricultura (CENA), da Universidade de São Paulo, vem realizando pesquisas na área e presta serviço para as indústrias. O Instituto de Pesquisas Nucleares, também da USP, além de realizar pesquisas na área, realiza um trabalho junto aos produtores, mostrando os benefícios e vantagens da irradiação de alimentos. Leia também http://www.anvisa.gov.br/legis/resol/21_01rdc.htm para conhecer a Resolução - RDC nº 21, de 26 de janeiro de 2001 entre outros assunto encontra-se nesse site um conjunto de definições que constitui um verdadeiro resumo da temática dos Alimentos Irradiados: AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 31 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional RESUMO GERAL (Extraído da Resolução - RDC nº 21, de 26 de janeiro de 2001) Irradiação de alimentos: Processofísico de tratamento que consiste em submeter o alimento, já embalado ou a granel, a doses controladas de radiação ionizante, com finalidades sanitária, fitossanitária e ou tecnológica. Alimento irradiado É todo alimento que tenha sido intencionalmente submetido ao processo de irradiação com radiação ionizante. Radiação ionizante Qualquer radiação que ioniza átomos de materiais a ela submetidos. Para efeito deste Regulamento Técnico serão consideradas radiações ionizantes apenas aquelas de energia inferior ao limiar das reações nucleares que poderiam induzir radioatividade no alimento irradiado. Dose absorvida Quantidade de energia absorvida pelo alimento por unidade de massa. Irradiadores Equipamentos utilizados para irradiar alimentos. Designação A denominação dos alimentos tratados por irradiação é a designação do alimento convencional de acordo com a legislação específica. 1.2Filtração e Equipamentos de Filtração. A filtração separa sólidos de líquidos, fazendo passar o fluido que contém as partículas em suspensão através de um meio poroso. Utilizada para clarificar líquidos (cerveja, vinho, óleos, etc). O tamanho de poro do meio de filtração deve ser suficientemente pequeno para reter em seu interior ou em sua superfície as partículas sólidas, mas suficientemente grande para permitir a passagem do líquido através dele. O produto pretendido pode ser o filtrado, a torta ou ambos. Na filtração em superfície, os sólidos suspensos ficam retidos na superfície do meio filtrante. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 32 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Na filtração em profundidade, os sólidos penetram no interior do meio filtrante, podendo obstruir os poros, sendo necessário trocar o filtro. O princípio da filtração industrial e o do é o mesmo do equipamento de laboratório, apenas muda a quantidade de material a ser filtrado. O aparelho de filtração de laboratório mais comum é denominado filtro de Büchner. O líquido é colocado por cima e flui por ação da gravidade e no seu percurso encontra um tecido poroso (um filtro de papel). Como a resistência à passagem pelo meio poroso aumenta no decorrer do tempo, usa-se um vaso Erlenmeyer conectado a uma bomba de vácuo. MEIOS DE FILTRAÇÃO O meio para filtração industrial deve: • Retirar o sólido a ser filtrado da alimentação e gerar um filtrado claro. • Permitir que a torta com filtro seja removida de forma fácil e limpa. • Ser forte o suficiente para não rasgar e ser quimicamente resistente às soluções usadas. • Para que a taxa da filtração não fique muito lenta os poros devem ficar livres e não ser obstruídos. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 33 Bomba de Vácuo Coloca-se o filtro de papel Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional AUXILIARES DE FILTRAÇÃO Certos compostos podem ser usados para ajudar a filtração, como a terra de diatomáceas que é formada principalmente de sílica. Também são empregados a celulose de madeira e outros sólidos porosos inertes. EQUIPAMENTOS DE FILTRAÇÃO Filtros de Pressão Filtros de disco a vácuo Filtro de vácuo giratório AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 34 Recuperação de precipitados de caldo de cana durante a extração, refino de óleos, clarificação de cerveja, suco de frutas, vinagre. Filtro prensa ou de pressão de placa vertical Aplicação: suco de maça e sidra Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Aplicação da indústria: filtragem para a droga a granel, tais como a penicilina na indústria farmacêutica. A filtragem para soro hidróxido de metal, água, resíduos de carvão, minério de cobre. A filtragem de proteína de milho Filtro de leito fixo O tipo de filtro mais simples. Usa-se no tratamento de água potável, quando se tem grandes volumes de líquido e pequenas quantidades de sólidos. A camada de fundo é composta de cascalho grosso que descansa em uma placa perfurada ou com ranhuras. Acima do cascalho é colocada areia fina que atua realmente como filtro. 3.3 Centrifugação e Centrífugas. É um método no qual se pode separar sólidos de líquidos ou líquidos imiscíveis mediante a aplicação de um movimento rotatório, com uma força de maior intensidade que a da gravidade, provocando a sedimentação do sólido ou das partículas de maior densidade. A centrifugação é uma técnica fundamental usada em diversos ramos da Química, Biologia e Bioquímica para a separação de amostras. Em geral, estas são introduzidas em tubos de diferentes tamanhos, que são dispostos num rotor de centrífuga. As centrífugas estão normalmente adaptadas para a utilização de AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 35 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional diferentes tipos e tamanhos de rotores, conforme a velocidade e aplicação desejadas. Enquanto que microcentrífugas de bancada podem centrifugar tubos entre os 200 L e os 2 mL de μ volume, centrífugas de grande porte podem usar tubos de volume muito variável, tipicamente até 1 L. A operação de centrifugação é realizada em aparelhos denominados centrifugas.Existem atualmente vários modelos de centrifugas desde as manuais até as mais sofisticadas. A centrifugação aplica-se em diversos processos industriais, tais como na separação da nata do leite, na clarificação de lacas ou na concentração do látex. Laboratorialmente usa-se para a determinação do peso e do volume de partículas coloidais, para acelerar filtrações, para a determinação de pesos moleculares e ainda na separação de isótopos. Aplicações • Separação de líquidos imiscíveis; • Separação de sólidos de líquidos Separação de diferentes fases Uma das aplicações mais frequentes da centrifugação é na separação de diferentes fases de uma amostra, em especial uma fase sólida de uma aquosa. Partículas insolúveis numa amostra sedimentam no fundo do tubo de centrífuga, restando o chamado sobrenadante (fase líquida) por cima do sedimento. O sobrenadante é então aspirado ou decantado e o sedimento retirado do tubo. Esta técnica é usada, por exemplo, na separação de membranas celulares (insolúveis em água) e citoplasma (solvente celular aquoso) após ruptura de células. Também é usada para a separação dos elementos figurados do sangue e o plasma sanguíneo, em que as células (eritrócitos, leucócitos, plaquetas) são depositados no tubo, podendo o plasma ser separado e analisado. As centrífugas são classificadas em três grupos: • Separação de líquidos imiscíveis; • Clarificação de líquidos para remoção de pequenas quantidades de sólidos (centrífugas clarificadoras); • Remoção de sólidos (remoção de lodos). AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 36 Centrifuga de Bancada Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional SELEÇÃO DE CENTRÍFUGA UTILIZADA NO PROCESSO Após ser definido o processo as características do produto final, devemos definir o tipo específico de centrífuga a ser utilizadapara obter as características desejadas. De um modo geral, as centrífugas podem ser divididas em centrífugas de filtração e centrífugas de sedimentação. O quadro a seguir destaca os diferentes tipos de centrifugas e suas características. Quadro-1 Tipos de Centrífugas Centrífuga de Tambor Centrífuga de tambor de câmaras múltiplas é utilizada somente para a clarificação de líquidos, como por exemplo óleo isento de água. O tambor é dotada de 2 a 8 elementos cilíndricos interno, o que resulta na divisão do tambor em uma série de câmaras anelares unidas consecutivamente. O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando consecutivamente por cada câmara anelar a partir da câmara mais interna. Em cada câmara, conforme o diâmetro vai aumentando a aceleração centrífuga, fazendo o produto escoar por zonas centrífugas cada vez maiores, ate o final do processo. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 37 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Centrífuga de Prato ou Disco Neste tipo de centrífuga, o processo de separação é realizado num conjunto de pratos ou discos, que consiste em um grande número de peças cônicas colocadas uma sobre a outra. Com este tipo de arranjo, a câmara de separação fica subdividida em vários recintos individuais de acordo com a quantidade de discos, pelos quais o produto escoa em camadas finas e obtém-se assim, percursos mínimos de sedimentação para as partículas. Estas centrífugas operam a velocidade de 3.000 a 20.000 vezes a gravidade, e proporciona um sistema de clarificação contínua que atende produtos com um conteúdo de sólidos de 1 a 2%. É projetada para separação sólido/líquido, ou duas fases líquidas em base contínua. As figuras a seguir ilustra um esquema deste tipo de centrífuga. Esquema de Centrífuga de Disco ou Prato Centrífuga Horizontal Decantadora Este tipo de centrífuga consistem em dois elementos concêntricos horizontais, contidos em uma carcaça estacionária. Sendo o cesto o elemento geratório exterior, afila-se de forma que os sólidos descarreguem em um raio menor. O produto é alimentado no interior do eixo transportado por bombeamento ou por gravidade. A força centrífuga impede a suspensão através de canais para o interior do cesto giratório, onde os sólidos decantam através da câmara de licor formada sobre a parede. Este tipo de centrífuga, quando utilizada como classificadora, efetua cortes afiados dos sólidos em suspensão e pode ser usada para processar materiais com tamanho entre 1 - 50 microns. Veja o esquema desta centrífuga a seguir: AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 38 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Centrífuga Horizontal Decantadora Centrífuga Tubular A centrífuga tubular consiste em um tubo sólido fechado em ambas as extremidade e que, normalmente é alimentada com dois líquidos de densidades diferentes, por uma entrada no fundo. A fase mais pesada se concentra contra a parede do cilindro, enquanto a fase mais leve flutua sobre ela. As duas fases são separadas por meio de uma placa defletora que as descarrega em dois fluxos distintos. Veja figura a seguir. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 39 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 1.3Trituração e Moagem. A moagem é uma operação unitária de redução de tamanho, em que o tamanho médio dos alimentos sólidos é reduzido pela aplicação de forças de impacto, compressão e abrasão. A moagem é uma operação unitária frequentemente utilizada com grãos, para reduzi-los a farinha ou pó. Em cereais, implica na eliminação do pericarpo, das cascas da semente, da epiderme nuclear e da camada do aleuroma. Geralmente se elimina o gérmen por ser relativamente rico em óleo, o qual provoca o ranço do cereal, diminuindo a sua qualidade. A trituração ou moagem pode ser considerada muito ineficaz do ponto de vista energético. Somente uma pequena parte da energia é empregada realmente para a ruptura ou fragmentação do sólido. A maior parte se dirige para a deformação desse sólido e a criação de novas linhas de sensibilidade que pode produzir a ruptura sucessiva dos fragmentos. O resto da energia se dissipa em forma de calor. As vantagens da redução de tamanho no processamento são: • Aumento da relação superfície /volume, aumentando, com isso, a eficiência de operações posteriores, como extração, aquecimento, resfriamento, desidratação, etc. • Uniformidade do tamanho das partículas do produto, auxiliando na homogeneização de produtos em pó ou na solubilização dos mesmos (exemplo: sopas desidratadas, preparados para bolos, achocolatados, etc.). TIPOS DE EQUIPAMENTOS MOINHOS DE DISCO – Geralmente usado para moagem de granulação fina, são pequenos e de difícil regulagem. São os mais comuns no Brasil. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 40 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional MOINHO DE ROLOS – Mais utilizado na moagem de cereais em uso caseiro, fornece um produto de textura mais uniforme. Dois ou mais cilindros pesados giram em direções contrárias, a velocidades iguais ou diferentes. Partículas na alimentação são submetidas a forças de compressão. A distância entre os rolos, que giram em sentidos opostos, é regulável e deve ser ajustada às condições da matéria prima, da torrefação e do próprio sistema de extração. É mais utilizado nos Estados Unidos. Exemplo de um moinho de rolo. MOINHO DE FACAS E DE MARTELOS – Produzem um material mais fino que o moinho de rolos. Para moagem de cereais destinado à extração de pó solúvel, o moinho de rolos é o mais indicado, sendo também utilizados os moinhos de facas e martelos e os de disco. Normalmente os moinhos de facas e martelos apresentam melhores resultados do que os de disco para este fim. Um rotor de alta velocidade gira no interior de uma capa cilíndrica. No exterior do rotor é acoplada uma série de martelos nos pontos de articulação. O material se rompe pelo impacto dos martelos e se pulveriza ao passar por uma esteira na abertura entre os martelos e a capa. Moinho de martelos. TRITURADORES DE MANDÍBULAS: A alimentação passa entre duas mandíbulas pesadas. O material vai passando lentamente por um espaço cada vez menor, triturando-se ao deslocar-se. AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 41 Escola Estadual de Educação Profissional EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Trituradores de Mandíbula. MOINHOS DE BOLAS: Uma capa cilíndrica, que gira em um eixo horizontal, é carregada com bolas de aço ou porcelana. A redução de tamanho é feita pela ação do impacto e da fricção das bolar ao girar o moinho. Moinho de bolas. Este processo é importante para a fabricação de: • Café solúvel • Cereais Matinais - Flocos de milho • Espinafre desidratado em pó • Mostarda • Purê de Batata em Flocos o Moagem I o Moagem II • Sopa instantânea de ervilha AGROINDÚSTRIA – Operações Unitárias 42
Compartilhar