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Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPR Tecnologia em Processos Químicos 5º Período 1º sem. 2010 Tecnologia de Alimentos I: Princípios de Conservação de Alimentos Profa. Dra. Janesca Alban Roman INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA DE ALIMENTOS INTRODUÇÃO Recentemente a indústria de alimentos destaca-se como um dos segmentos mais importantes sob o aspecto econômico e social cuja expansão tem sido contínua ao longo do processo de industrialização e classificada como uma das maiores dentre todas as de transformação. É caracterizada por apresentar grande número de estabelecimentos, a maioria dos quais de pequeno porte, gerar grande número de emprego, e apresentar elevados valores de produção e de ICM, quando comparada a outros segmentos industriais. O item alimentação é um dos mais críticos e polêmicos do país o qual é caracterizado por expressiva população de baixa renda sem acesso a alimentos básicos em quantidades suficientes para eliminar o problema da subnutrição e desnutrição. Os alimentos comumente consumidos podem ser classificados em quatro categorias mais importantes: "in natura" ou sem modificação produtos alimentícios com pequena modificação produtos alimentícios com grande modificação produtos alimentícios transformados Considerando-se os aspectos políticos, sociais e a disposição em alimentar populações, é, recentemente inevitável fugir à industrialização de alimentos. O suprimento de alimentos, uma questão complexa, exige adoção de medidas em longo prazo entre as quais encontra-se a criação de tecnologia agrícola mais moderna, sua difusão e processos mais eficientes e dinâmicos de industrialização, os quais devem contribuir para estabilizar a demanda em nível do produtor e oferta em nível do consumidor. A questão da industrialização de alimentos ganha espaço à medida que cresce a importância de seu consumo entre a população de baixa renda. O aumento rápido da população urbana do país, associado à importância dos gastos alimentares como proporção de renda, indica a relevância cada vez maior em se agilizar meios eficientes e baratos para o fornecimento de alimentos às populações de grandes centros urbanos. Além disso, é praticamente impossível fugir a um processamento industrial, uma vez que parcela significativa da população tem seus requerimentos nutricionais supridos fora de casa, através de refeições industriais, cujo tipo de processamento aproxima-se muito mais do industrial que do caseiro ou doméstico. Outro fator importante na promoção de alimentos industrializados é que a indústria desse segmento não apresenta muitos dos problemas associados ao setor de produtos "in natura" tais como rede armazenadora, estoques reguladores (produtos de uma safra distribuidora na entre safra para manter o mercado em condições normais). Evidentemente, em se tratando de um setor empresarial com objetivos de lucro, o suprimento de alimentos não é a única razão e talvez nem a mais importante que direciona a id5533796 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com industrialização de alimentos.Um fenômeno que já não é recente constitui-se no desenvolvimento de produtos alimentares altamente sofisticados e diferenciados para atender um determinado perfil consumidor. Entre tais produtos podemos citar os constantes iogurtes, leites gelificados, queijos de diferentes tipos, produtos cárneos diferenciados, de panificação entre outros. O processamento de tais produtos implica na utilização de um segmento altamente lucrativo da indústria alimentar que é a indústria de insumos incluindo, corantes artificiais, aromatizantes, conservantes, espessantes, estabilizantes e toda espécie de aditivos. Paralelamente a isso, com a concorrência crescente que dinamizou o setor, houve a intensificação da promoção de produtos processados. Sob este aspecto dois fatores são fundamentais para a implementação do setor: embalagem e marketing. PRINCÍPIOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS INTRODUÇÃO A tarefa de alimentar populações é uma responsabilidade que inclui a atuação de diferentes áreas econômica, política, social e tecnológica. Na verdade, o fornecimento de alimentos em quantidades necessárias para suprir os requerimentos de nutrientes da população depende muito mais do que a simples disponibilidade de alimentos e recursos tecnológicos para torná-los aptos ao consumo. Considerando esses aspectos que por razões óbvias fogem ao objetivo desse estudo, sem as práticas de processamento atualmente realizadas seria impossível proceder à alimentação das populações. Evidentemente durante a evolução histórica dos recursos tecnológicos, a indústria de alimentos demonstrou ser um ramo muito lucrativo baseado não somente em prover alimentos essenciais como também novos produtos diferenciados e diversificados para atender determinadas elites, os quais requerem técnicas sofisticadas de preparação e conservação. Nesse sentido, pode-se resumir as principais razões pelas quais os alimentos são industrializados: 1. Tornar acessível em qualquer época do ano produtos sazonais; (disponibilidade) 2. Otimizar o aproveitamento e rendimento das produções agrícola e pecuária. (Economia) 3. Conservar o valor nutricional e a qualidade global de alimentos através da destruição de fatores antinutricionais, inativação de enzimas; inibição de processos oxidativos, inibição ou destruição de microorganismos. (Conservação) 4. Diversificar e diferenciar produtos alimentícios como uma estratégia para tornar o segmento mais competitivo. (Marketing) 5. Produzir alimentos para fins especiais para consumidores com restrições alimentares ou necessidades nutricionais diferenciadas. (Nutrição e Saúde) Alimentos são basicamente processados para prevenirem ou minimizarem alterações químicas, bioquímicas, físicas e microbiológicas que ocorrem após a colheita e diminuem seu tempo de vida útil, inviabilizam seu consumo imediato, levando a grandes perdas econômicas e nutricionais. De um modo geral, os principais tratamentos aplicados aos alimentos com esse objetivo são: ação de calor, frio, remoção de água através de desidratação ou secagem, uso de substâncias químicas ou aditivos e processos fermentativos. Muitos aspectos precisam ser considerados na definição e escolha de um método de conservação, descritos a seguir. 1.1. Aspectos microbiológicos: O crescimento de microrganismos em alimentos é função de uma série de parâmetros que podem estar diretamente relacionados à natureza do próprio alimento, denominados parâmetros intrínsecos ou independentes do alimento e relacionados com o meio ambiente e nesse caso são chamados parâmetros extrínsecos. O tratamento térmico aplicado a um determinado processo será função desses fatores. Parâmetros intrínsecos a) pH O pH é o fator que exerce maior efeito seletivo sobre a microflora capaz de se desenvolver. Numerosas classificações têm sido feitas para separar os alimentos em grupos de acordo com o pH apresentado. A seguinte classificação tem sido proposta: Alimentos pouco ácidos: pH 5,0 ou maior - produtos cárneos, alimentos de origem marinha, leite e certos vegetais como milho, palmito, cenoura, etc. Alimentos meio ácidos: pH entre 4,5 e 5,0 - misturas de carnes e vegetais, sopas desidratadas, molhos contendo carnes, etc. Alimentos ácidos: pH entre 3,7 e 4,5 - tomate, pera, figo, abacaxi e outras frutas. Alimentos muito ácidos: pH abaixo de 3,7 - picles, sucos cítricos, refrigerantes,bebidas fermentadas, etc. O valor de pH 4,5 é a linha de demarcação mais importante do ponto de vista prático, uma vez que abaixo desse pH, o Clostridium botulinum, a bactéria patogênica mais importante e mais resistente não se desenvolve. Todo tratamento térmico aplicado aos diferentes grupos de alimentos tem por objetivo eliminar as bactérias patogênicas e o Clostridium botulinum é a bactéria referência. Nessas condições produtos com pH acima de 4,5 são sempre tratados termicamente sob pressão, ou seja, são esterilizados e os alimentos com pH menor que 4,5 são tratados sob calor a pressão atmosférica, sendo pasteurizados. De um modo geral, bactérias crescem a pHs entre 5,5 - 7,5; poucas a pH menor que 4,0; enquanto fungos e leveduras crescem a pHs mais baixos, com exceção de bactérias lácticas que crescem a pH menor que 3,5. Assim, frutas e muitos vegetais são deteriorados por fungos e leveduras enquanto que carnes, leite, peixe e muitos vegetais, ovos são susceptíveis a ação de bactérias, desenvolvendo-se também fungos e leveduras (Frazer, 1967). b) Atividade de Água (aw) Os microrganismos são altamente dependentes do teor de água livre ou disponível, uma vez que requerem água como nutriente essencial ao seu desenvolvimento. A atividade de água, expressa pelo símbolo aw (water activity) em alimentos, é, dessa forma, um meio importante para controlar a deterioração, principalmente a deterioração causada por microrganismos, uma vez que ela estabelece o menor limite de água disponível para o crescimento bacteriano ou microbiano. A maioria das bactérias não cresce abaixo de uma atividade de água menor que 0,91 e a maioria dos fungos cessa o crescimento a 0,80. Entretanto, existem espécies bastante resistentes a baixos aw tais como: Bactérias halofílicas: conseguem se desenvolver a aw 0,80 ou até menos, necessitam de NaCl para se desenvolverem e raramente estão envolvidas em deterioração de alimentos, entretanto como contaminantes de sal marinho, podem causar problemas em peixes e carnes salgadas, evidenciadas por coloração rósea, bem como pela sua aw proteolítica, são prevenidas pela esterilização do sal, refrigeração e sal de fonte não marinha; Leveduras osmofílicas: crescem em aw tão baixas quanto 0,70 - 0,68 e são bem conhecidas como agentes deteriorantes em produtos com altos teores de açúcares, sucos de frutas concentrados e xaropes, frutas secas ou parcialmente secas; Fungos xerofílicos: são citados como os mais aptos para se desenvolverem em níveis baixos de aw, em torno de 0,70, porém o crescimento ja foi reportado a 0,62. Neste grupo encontra- se o microrganismo mais resistente aos menores teores de agua, Xeromyces bisporus. Abaixo de 0,60 nenhum crescimento é provável. Dentre as bactérias, Micrococcus e Staphylococcus aureus oferecem riscos pois conseguem se desenvolver a aw igual a 0,86 (Frazer, 1969). A Tabela 1 abaixo mostra os valores médios de alguns alimentos de aw menor que 0,91. Tabela 1 - Atividades de água de alguns alimentos com valores menores que 0,91. Alimento Atividade de Água Queijo parmesão 0,80-0,88 Presunto cru 0,86 Salame 0,82-0,85 Catchup 0,88-0,90 Geléias 0,82-0,90 Ameixa seca 0,72-0,80 Suco de laranja concentrado 0,86-0,89 Pão de centeio integral 0,80-0,90 Bolos > 0,73 Recheios de doces 0,65-0,80 Leite condendado açucarado 0,85 Mel 0,75 Tabela 2 - Valores médios de aw que permite o desenvolvimento de microrganismos em alimentos. Microrganismo Atividade de Água Mínima Bactérias 0,91 Leveduras 0,88 S. aureus 0,85 Bolores 0,80 Bactérias halofílicas 0,75 Bolores xerolfílicos 0,61 Leveduras osmofílicas 0,60 c) Composição dos alimentos (nutrientes) Além do pH e atividade de água, o crescimento microbiológico será função dos nutrientes disponíveis no alimento para seu desenvolvimento. Dessa forma, produtos ricos em proteínas, aminoácidos, sais, minerais, vitaminas propiciam o desenvolvimento de uma flora microbiana mais complexa, especialmente os microrganismos patogênicos, mais exigentes do ponto de vista nutricional. Carnes, peixes, ovos e leite são principalmente susceptíveis a reações proteolíticas pelos microrganismos liberando nutrientes essenciais ao seu desenvolvimento e constituem no grupo de alimentos de risco. Não é por coincidência que o pH desse grupo de alimentos é superior a 4,5 envolvendo portanto, o desenvolvimento de bactérias patogênicas, inclusive o Clostridium botulinum. Por outro lado, muitos alimentos apresentam em sua composição constituintes antimicrobianos, que auxiliam no processo de conservação. Por exemplo, leite contém lactoperoxidase, lactoferrina, enzimas que agem como elementos antimicrobianos. Ovos contêm lisozima que rompe paredes celular de muitas bactérias, cravo contém eugenol, um reconhecido agente antibacteriano. Estruturas biológicas dos alimentos tais como casca de frutas, couro e pele dos animais, escamas de peixes, e proteção de sementes auxiliam na preservação primeira da matéria-prima, implicando numa maior segurança no tratamento de preservação aplicada, uma vez que quanto maior a carga microbiana inicial, maior a intensidade do tratamento a ser aplicado. d) Potencial de óxido redução: O potencial de óxido redução (Eh) de um determinado meio pode ser definido como a tendência de um substrato receber ou ceder elétrons (e-) nas reações de óxido redução. Quando um substrato perde e-, se oxida e quando capta e-, reduz-se, sendo que oxidação também é adquirida pela adição de O2. Microrganismos por sua vez podem requerer ou Eh+ ou Eh-. No primeiro caso são aeróbios estritos e nos microrganismos com Eh-, anaeróbios. Microrganismos aeróbios são Bacillus, Pseudomonas, bolores são estritamente aeróbios, ao passo que leveduras podem ser facultativas, ou seja, crescer tanto na ausência como presença de oxigênio. Bactérias também podem ser facultativas em relação às necessidades de oxigênio, desde que possuam diferentes rotas metabólicas. Existem ainda as bactérias microaerófilas, tais como Lactobacillus e Streptococcus, as quais não são anaeróbicas, porém não crescem bem em meio muito aerados, necessitando de quantidades pequenas de O2 disperso no meio para se desenvolverem. Anaeróbios estritos requerem ausência total de O2 e pertencem a este grupo os Clostridium e muitas bactérias patogênicas, sendo um problema em enlatados e embalagens a vácuo. Parâmetros Extrínsecos - Temperatura Microrganismos necessitam de faixas adequadas de temperatura para se desenvolverem e de acordo com as temperaturas envolvidas classificam-se: a) Termófilos: Têm uma faixa de temperatura ótima entre 55 75ºC, mínima 40 - 45 e máxima 60 - 90oC. Muitas bactérias deterioradoras de alimentos encontram-se nessa faixa de temperatura e se não forem adequadamente destruídas durante tratamento térmico, podem vir a se constituir um problema pós-processamento. b) Mesófilos: Têm ótimo de crescimento entre 30 - 45oC, mínimo 5 - 15oC e máximo 35 - 47oC. Neste grupo estão incluídos todos os microrganismos patogênicos e a maioria dos deterioradores de alimentos. Representam o maior grupo de risco ao processador de alimentos. c) Psicrófilas: São aqueles que crescem a 0oC, têm uma temperatura ótima em torno de 12 - 15oC, uma temperatura máxima entre 15 - 20oC e mínima entre (-5)-(+5)oC são muito comuns na natureza e incluem grupos deterioradores de alimentos mantidos sob refrigeração. Entretanto, devido a sua sensibilidade a altas temperaturas as psicrófilas são de pouca importância em alimentos processados. d) Psicotróficas: Também crescem a 0oC mas sua temperatura ótima esta entre25 - 30oC e temperatura máxima 30 - 35oC. Ao contrário das psicrófilas, pela sua capacidade de se desenvolver tanto em temperatura de refrigeração como a temperatura ambiente são de crucial importância no processamento de alimentos. Existem inúmeras espécies pertencentes a esse grupo, os quais incluem aeróbios, anaeróbios e formadores de esporos. - Umidade relativa (UR) Umidade relativa do ambiente desempenha papel fundamental na microflora que pode se desenvolver no alimento, uma vez que existe a tendência do alimento equilibrar seu próprio conteúdo de umidade como aquela do ambiente podendo ocorrer portanto, migração de água livre da atmosfera para a composição do alimento. Quando ocorre passagem de vapor de água para o alimento, eleva-se o teor de água livre disponível propiciando um maior crescimento microbiológico. Nesse sentido alimentos armazenados em embalagens que permitem migração de água devem ser submetidos a rigoroso controle de UR da atmosfera de estocagem, como no caso de carnes, leite em pó e ovo desidratado. Locais com UR elevada podem levar ao crescimento de bactérias, bolores e leveduras nas paredes, teto e pisos com circulação levando a sérias contaminações do alimento armazenado. Tanto os fatores intrínsecos como extrínsecos interrelacionam-se e conferem diferentes graus de resistência aos microrganismos e portanto são essenciais no dimensionamento do tratamento aplicado influenciando nas características do processo aplicado. Esporos são muito mais resistentes às temperaturas extremas que células vegetativas, fungos e leveduras, os quais não sobrevivem a 100oC e são destruídos em poucos minutos a 70 - 80oC em calor seco. Quanto maior a carga microbiana inicial, maior será o tempo necessário para reduzir esta população a níveis seguros para qualidade e saúde do consumidor. Quando ocorre manipulação inadequada dos alimentos, ocorre um aumento excessivo no número de microrganismos, o que afeta seriamente a efetividade do processo térmico aplicado. É o caso específico da necessidade de refrigeração do leite antes da pasteurização. Redução da aw, de um modo geral, aumenta a resistência térmica de esporos e células vegetativas. Na temperatura ótima de crescimento os limites de aw onde o microrganismo consegue se desenvolver são ampliadas, bem como na presença de elementos nutritivos que enriquecem o meio de crescimento do microrganismo. A presença de água facilita transmissão de calor e resulta em maior efetividade na morte térmica dos microrganismos. A composição do alimento afeta de modo marcante o crescimento microbiológico observado. Em geral, presença de gordura, carboidratos, proteínas aumentam a resistência térmica seja por um efeito protetor às bactérias, devido à presença de partículas de tamanho coloidal, seja pela maior dificuldade à transmissão de calor. USO DE TECNOLOGIAS CONVENCIONAIS NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS INTRODUÇÃO Todos os alimentos são passíveis de se deteriorarem. A partir do momento em que suas matérias-primas são obtidas, durante o processamento e mesmo durante sua vida-de- prateleira, se iniciam alterações físicas, químicas e biológicas, que alteram qualidades organolépticas e de sanidade. O grau em que estas alterações ocorrem está condicionado a inúmeras causas, ligadas à composição dos alimentos, à presença de enzimas e microrganismos e a outros fatores, capazes de desencadear ou neutralizar ou refrear o processo de alteração. Por estes fatores, a conservação dos alimentos deve ocorrer em toda a cadeia produtiva, envolvendo Boas Práticas de Produção em todos os níveis do processo, da obtenção da matéria-prima ao produto acabado. Os processos de preservação dos alimentos acompanham o homem há muito tempo. Processos como salga, fermentação, defumação, entre outros, são conhecidos há muito tempo, e ainda hoje aplicados. Estes processos podem ser classificados de várias maneiras. Do ponto de vista de engenharia de processos, a classificação a seguir pode ser utilizada. 1. CONSERVAÇÃO PELO FRIO: Resfriamento e Congelamento Quando as funções vitais de animais ou plantas são interrompidas como ocorre no abate ou colheita de frutas e vegetais começam a ocorrer uma série de reações que levam à putrefação do produto. Certos produtos como vegetais, frutas, hortaliças não cessam sua atividade metabólica e todo sistema metabólico continua em ação levando a um maior grau de maturação, senescência e propiciando a invasão microbiológica tornando o produto impróprio para consumo. No caso de produtos animais, como carne bovina, suína, aves, peixe, após operação de abate são muito susceptíveis à contaminação microbiológica e em poucas horas ocorrerá a deterioração do produto com crescimento de bactérias patogênicas que comprometem a saúde do consumidor. Do ponto de vista químico, reações de oxidação ocorrem desenfreadamente adulterando o produto com formação de off-flavors e sabor de ranço. A utilização de baixas temperaturas através da prática de refrigeração e congelamento consideravelmente retarda esses fenômenos, inibindo crescimento da maioria dos microrganismos e ação enzimática. A) RESFRIAMENTO O processo de conservação pela refrigeração compreende a utilização de temperaturas da ordem de -1°C a 10°C. A refrigeração não tem ação esterilizante sobre microrganismos e, por isso, não pode melhorar os alimentos em condições precárias de sanidade. Consegue, no entanto, retardar o prosseguimento de atividades contaminantes já instaladas e impedir, nos casos previstos, o surgimento de novos agentes deteriorantes, bem como reações enzimáticas. O sucesso do processo de resfriamento dependerá, portanto, da temperatura utilizada e do tempo em que o alimento permanecerá armazenado. O resfriamento de alimentos constitui-se no único método de conservação capaz de manter as características organolépticas o mais próximo possível da matéria-prima original. Se isto se constitui numa vantagem, por outro lado, o tempo de vida de prateleira para alimentos refrigerados não é longo e sua qualidade será altamente dependente do manuseio e estado da matéria-prima inicial a qual deve conter uma carga microbiana mais reduzida possível, estar livre de injúrias mecânicas, fissuras, ser colhida em estágios ótimos de maturação e no caso de produtos animais, o método de refrigeração e condições de estocagem devem propiciar máxima qualidade possível ao produto. Fatores que afetam a qualidade de alimentos refrigerados: a) Parâmetros físicos do processo: Fatores como temperatura inicial de refrigeração, tempo requerido para o produto atingir a temperatura do local de estocagem refrigerada e o próprio método de refrigeração são decisivos para qualidade do produto final. b) Condições de armazenamento e umidade relativa: As condições de armazenamento requeridas para o resfriamento são específicas para cada produto. De modo geral, deve ser levado em consideração o tipo de armazenamento (curto ou longo), gradiente de temperatura, tempo inicial e final de refrigeração, porcentagem de umidade relativa recomendada, período máximo de armazenamento, umidade e propriedades físicas do produto, movimentação de ar na câmara de estocagem. O armazenamento de produtos perecíveis no seu estado natural (sem embalagem) requer extremo controle da temperatura ambiente, umidade relativa e movimentação de ar na câmara. Uma das principais causas de deterioração de alimentos frescos como carnes, ovos, peixes, aves, frutase vegetais é a perda de umidade da superfície do produto por evaporação no ar ambiente, levando à desidratação do produto com perdas do valor nutricional, descoloração, murchamento, oxidação. A desidratação vai ocorrer sempre que a pressão de vapor do produto for maior que a pressão de vapor do ar ambiente sendo a perda de umidade proporcional à diferença nas pressões de vapor e a porção da superfície do produto exposta. A diferença entre pressão de vapor do produto e o ar é principalmente uma função da umidade relativa e velocidade do ar no local de armazenamento. De um modo geral, quanto mais baixa a umidade relativa e mais elevada a velocidade do ar, maior será o diferencial de pressão de vapor e maior a taxa de perda de umidade do produto. Teoricamente 100% de umidade relativa e ar parado seriam condições ideais para evitar desidratação do produto, porém estas são também condições ideais para crescimento de fungos e bactérias nos alimentos. Dessa forma deve-se encontrar uma umidade relativa e velocidade de ar intermediárias que garantam a qualidade sensorial e microbiológica do produto. Como regra geral, o teor de umidade deve ser mantido a um nível alto quando o produto é passível de desidratação durante o processo de refrigeração e congelamento, controle de umidade relativa e velocidade do ar durante estocagem. Por exemplo, aves e peixes, são refrigerados com gelo em escamas até atingirem tempo correto para irem a câmara de estocagem; frutas e vegetais passíveis de desidratar podem ser pré-refrigerados com hidro refrigeração (pulverização do produto com água resfriada) ou refrigeração a vácuo. c) Qualidade inicial da matéria-prima e Maturação: Outro fator determinante na eficiência do processo de refrigeração é as condições do produto inicial. Somente vegetais e frutas em boas condições devem ser aceitos para estocagem e devem colhidos antes de estarem completamente maduros. A duração do armazenamento de frutas e vegetais muito maduros é extremamente curta, mesmo sob as melhores condições de estocagem. Além disso, para assegurar a duração máxima de armazenamento com mínima perda de qualidade, o produto deve ser resfriado à temperatura ambiente de armazenamento, o mais rápido possível após colheita ou abate e o transporte deve ser sempre refrigerado. O processo de maturação em frutas e vegetais é um período crítico de transmissão dos estágios de desorganização celular e morte. Maturação corresponde à aquelas mudanças em fatores sensoriais de cor, textura e gosto produzindo produto aceitável para consumo. Estas mudanças incluem transformações nos pigmentos, pectinas, carboidratos, ácidos orgânicos, taninos etc. A taxa e a natureza dessas mudanças variam entre diferentes frutas mas a maioria dela mostra um perfil respiratório conhecido como climatério, ou seja, o processo de respiração com a ingestão de O2 e produção de CO2 contínuo após colheita, até amadurecimento, com declínio no consumo de O2 durante a fase de senescência ou super-amadurecimento. Reações que ocorrem nesta fase incluem depolimerização como por exemplo hidrólise de amido a glicose na banana e quebra de protopectina a pectina em várias frutas e vegetais; destruição de pigmentos com síntese de pigmentos clorofila e formação de carotenóides, licopeno, etc, ação de enzimas hidrolíticas, oxidases, fosfatases, esterases, etc. Outras reações de biosíntese também são pré-formadas tais como incorporação de aminoácidos a proteínas, metabolismos de ácidos nucleicos, fosforilação oxidativa, etc. O conjunto dessas reações pós-colheita é responsável pelo adequado grau de maturação de frutas e vegetais e somente vão ocorrer se submetidos a temperaturas adequadas. Dessa forma, o manuseio e acondicionamento inadequados de frutas e vegetais comprometem irreversivelmente a qualidade desses produtos. B) CONGELAMENTO Água é o principal componente na maioria dos alimentos, atingindo até 98% em algumas frutas e vegetais frescos. As células vivas contêm muita água, cerca de 2/3 ou mais de seu peso. No fluido celular existem substâncias orgânicas e inorgânicas, sais e açúcares, ácidos e moléculas complexas como proteínas, enzimas e ainda gases dissolvidos. Esse sistema quando congelado produz mudanças físicas, químicas e biológicas. O ponto de congelamento de um líquido é aquela temperatura onde o líquido está em equilíbrio com o sólido. Uma solução com uma pressão de vapor menor que um solvente puro não estará em equilíbrio com o solvente sólido em seu ponto normal de congelamento. O sistema deverá ser resfriado à temperatura na qual a solução e o solvente sólido tenham a mesma pressão de vapor. O ponto de congelamento de uma solução é menor que a do solvente puro. Assim, a temperatura de congelamento do alimento é menor que o da água pura. E a maioria deles congela-se em temperaturas entre 0-(-3)oC. É um tratamento por frio mais intenso, para alimentos que necessitam maior período de conservação. Permite conservar grande parte dos atributos organolépticos e nutritivos além de dificultar ações desfavoráveis de microrganismos e enzimas. A desvantagem do processo é o custo envolvido em toda uma cadeia ininterrupta de frio. Dependendo do alimento envolvido esta cadeia de frio poderá utilizar equipamentos resfriadores, congeladores, barcos, vagões, caminhões frigoríficos, geladeiras, "freezers", veículos diversos, utilizados desde a obtenção da matéria-prima até sua distribuição e consumo. Apesar do congelamento apresentar-se como uma alternativa viável para o abastecimento de mercado consumidor com redução de perdas e manutenção da qualidade dos alimentos por longos períodos de estocagem, vários fatores afetam a qualidade do produto e duração da armazenagem de qualquer produto congelado, os quais serão discutidos a seguir. a) Natureza e composição do alimento a ser congelado: A porcentagem de água presente no alimento e a maneira como ela encontra-se ligada a outros constituintes do alimento desempenhará um papel fundamental na qualidade do produto final. Em tecidos animais ou vegetais, a estrutura celular contendo sistemas de membranas que limitam fluidos sofrem efeitos do congelamento e descongelamento podendo sofrer danos na estrutura causando mudanças no paladar, odor e textura. Em geral, os vegetais são mais prejudicados na textura que tecidos animais pois possuem células mais rígidas e de diferentes estruturas. A alta concentração de sólidos solúveis, especialmente sais e ácidos, provocados pela formação de gelo intracelular ou por retirada de água das células através da formação de gelo extracelular durante congelamento, serão responsáveis por muitas alterações indesejáveis. No caso de sistemas coloidais como géis, soluções de proteínas (gelatina e albumina), polissacarídeos (amido), o congelamento leva a ocorrência do fenômeno de sinerese que é liberação de água ou solução coloidal juntamente com redução do volume do gel. Proteínas podem ser desnaturadas durante congelamento e o produto ao ser descongelado perderá as características de qualidade inicial. Produtos emulsionados como creme de leite, manteiga, sopas, molhos podem perder sua estabilidade durante estocagem congelada de maneira irreversível. A tecnologia de alimentos hoje dispõe de agentes espessantes, emulsificantes, estabilizantes adicionados a estes produtos congelados que impedem esses problemas. b) Cuidados na seleção, manipulação e preparo do produto para congelamento: Um dos princípios básicos na indústria de alimentos é o de que não é possível a obtenção de um produto de alta qualidade a partir de matéria-prima inferior ou mesmo razoável. Além desse aspecto fundamental inerente à qualidade inicial na matéria-prima, várias etapas devem der realizadas previamenteao congelamento dos alimentos. Para batatas com alto teores de açúcares redutores deve-se realizar um acondicionamento a temperaturas de 30oC para reduzir a níveis desejados estes açúcares que poderão comprometer a cor do produto final durante a fritura. Os aspargos perdem sua maciez e sabor natural logo após colheita, devendo ser resfriado e processado o mais rápido possível. Limpeza, classificação, seleção e inspeção da matéria-prima são etapas fundamentais ao congelamento. Alguns vegetais devem receber um tratamento térmico brando denominado branqueamento prévio ao congelamento para inativar enzimas que pode alterar o produto durante o processo de congelamento e estocagem com escurecimento, odor e cor indesejável. No caso de carnes e aves, previamente ao congelamento, o produto deve passar um período de pré-resfriamento para que se processe uma série de reações bioquímicas, pois se o animal for congelado imediatamente após abate ocorrerá endurecimento, perda de suculência, maciez e encurtamento das fibras musculares com diminuição drástica da qualidade do produto. c) Métodos de congelamento: Segundo a velocidade de congelamento, o processo pode ser lento ou rápido: Congelamento lento é aquele onde os alimentos permanecem na câmara de estocagem a baixas temperaturas até serem congelados, vagarosamente, em geral sob ar parado. A transmissão de calor do produto varia de 3 horas a 3 dias, dependendo do volume do produto, temperatura, tipo de alimento, tamanho e forma. Produtos tipicamente congelados lentamente são meias carcaças de carne de vaca, porco, carne de aves encaixotadas, peixes, frutas em caixas grandes e ovos. Congelamento rápido é definido como o processo onde a temperatura do alimento chega a 0-(-3)oC formando cristais de gelo em 30 minutos ou menos, com rápida remoção de calor do alimento. Pode ser realizado por imersão, em solução refrigerantes, contato indireto ou jato de ar. Congelamento por imersão: Soluções usadas no congelamento por imersão geralmente são salmouras que podem chegar até -25oC. Uma vez que o líquido refrigerante é um bom condutor e está em contato térmico com todo o produto, a transmissão de calor é rápida, o congelamento ocorre em muito pouco tempo. A grande desvantagem desse método de imersão é que sucos celulares do produto tendem a ser extraídos por osmose, o que resulta em contaminação e enfraquecimento da solução congelada. Pode haver migração da solução de sal para o produto dando efeito indesejável. Produtos freqüentemente congelados por este método são peixes e camarões. Congelamento por jatos de ar: É realizado pelo uso de baixas temperaturas e alta velocidade de circulação de ar para produzir uma taxa elevada de transmissão de calor ao produto. É freqüentemente realizada em túneis isolados, com esteiras rolantes transportadoras. O processo de congelamento é dimensionado de tal maneira que o período decorrente entre a entrada no túnel e saída pela outra extremidade deve ser suficiente para o produto atingir a temperatura de congelamento desejada. É indicado para produtos congelados de dimensões e formas irregulares e não uniformes tais como aves. Existe também o congelamento criogênico o qual envolve a exposição do produto a uma atmosfera abaixo de -60oC utilizando-se nitrogênio líquido ou dióxido de carbono, realizado em túneis ou em carrinhos em gabinetes. Oferecem um tempo rápido de congelamento onde para os vegetais o tempo é de 1-6 minutos. Reduz perda de peso a menos de 1% e a exclusão de O2 e danos causados pela cristalização são aparentemente menores. Congelamento por contato indireto ou placas: É conseguido colocando o produto em contato com chapas de metal através das quais é circulado um líquido refrigerante (- 35oC) e a transmissão de calor ocorre principalmente por condução de modo que a eficiência do congelamento depende na maior parte da quantidade da superfície de contato. Útil para congelamento de produtos em pequena quantidade e o tipo mais usado é o congelador de chapa múltipla, o qual consiste de uma série de chapas refrigeradas horizontais paralelas movimentadas por pressão hidráulica de modo que possam ser abertas para receber o produto entre elas e depois fechadas sobre o produto. Uma vez que todo o produto esteja em contato com as chapas de refrigeração, o coeficiente de transmissão de calor é alto e o produto é rapidamente congelado. Produtos congelados rapidamente são quase sempre superiores aos congelados lentamente e a razão está na dimensão, número e localização dos cristais de gelo formados no produto quando fluidos celulares são solidificados. A passagem da água presente nos alimentos num estado líquido aleatório para o estado sólido ordenado é definida como cristalização, a qual consiste de uma nucleação e crescimento de cristais. A nucleação é a combinação de moléculas em partículas ordenadas de dimensão microscópicas, servindo como local de crescimento do cristal. A cristalização é simplesmente o aumento do núcleo pela adição ordenada de moléculas. Taxas de transmissão de calor e temperatura aplicada controlam o processo de nucleação e cristalização. Quando um produto é congelado lentamente, são formados grandes cristais de gelo, o que resulta em danos sérios para tecido causando ruptura celular. No congelamento lento ocorre, em geral, a formação de cristais grandes de gelo, no interior das células e principalmente nos espaços intercelulares do alimento, com conseqüente perda de qualidade (textura, sabor, valor nutritivo) por perda de material exudado no descongelamento. O congelamento rápido favorece a produção de pequenos cristais de gelo, principalmente no interior das células, com conseqüente ganho de qualidade final do produto para o consumidor. No congelamento rápido produz-se menos cristais de gelo que são formados quase inteiramente dentro da célula, de modo que a ruptura celular é grandemente reduzida. No descongelamento, produtos congelados lentamente perdem consideráveis quantidades de líquido através de gotejamento piorando propriedades nutricionais e sensoriais. De acordo com a teoria do cristal, crescimento dos cristais de gelo ocorre em muito maior intensidade no congelamento lento. Células de carne, frango, peixe, frutas e vegetais contem um líquido celular muito viscoso. Se congelamento rápido é realizado, pequenos cristais de gelo são uniformemente formados através das células e no descongelamento, a água á reabsorvida dentro dos tecidos quando os cristais fundem-se. d) Condição de estocagem: A temperatura e tempo de estocagem são os fatores mais importantes que influem na qualidade do produto. Flutuações de temperatura na câmara levam a sensível perda de qualidade pela alteração do perfil de cristais de gelo formados. A escolha da temperatura ideal de estocagem é fundamental para permitir um máximo período de estocagem, reduzir custos e minimizar as alterações de qualidade do produto. Condições do ar de circulação na câmara e umidade relativa devem ser rigorosamente controlados. A câmara será mantida a temperatura estipulada por meio de circulação de ar e previamente resfriada, o qual deverá ter um máximo valor de umidade relativa para que quando lançada sobre o produto, não provoque desidratação superficial. Para melhorar as condições de estocagem e custos da circulação de ar e manutenção da câmara o produto deve ser devidamente embalado e uniformemente distribuído ao longo da câmara de estocagem para não bloquear a passagem de ar. Temperatura do produto que chegam a câmara nunca devem ser superiores a aquelas que estão devidamente estocadas, pois caso contrário, provocarãoflutuações de temperatura. Finalmente, nada disso resultará em sucesso na qualidade do produto se o transporte posterior não for adequado. 2. CONSERVAÇÃO PELO TRATAMENTO TÉRMICO A utilização de calor ou aplicação de altas temperaturas no processamento de alimentos é realizada com os seguintes objetivos: destruição dos microrganismos deterioradores de alimentos e causadores de toxinfecção alimentar bem como toxinas produzidas para estes microrganismos; inativação da enzimas que levam a reações de escurecimento, oxidação, hidrólise alterando a qualidade do produto final; inibição de fatores antinutricionais e destruição de toxinas que podem estar presentes e comprometer a sanidade dos alimentos. Além desses fatores relacionados à saúde, aplicação do calor tem razões tecnológicas óbvias tais como cozimento, melhorar a textura do produto, tornando-o aceitável do ponto de vista de palatabilidade, aparência e conveniência ao consumidor ao otimizar retenção de fatores de qualidade (cor, flavor, textura e nutrientes). A natureza e intensidade do tratamento térmico aplicado e função de vários parâmetros, enumerados a seguir: 1) pH, flora microbiológica e carga microbiológica inicial; 2) características organolépticas do alimento quanto à textura, maciez, cor, etc; 3) preservação de nutrientes e minimização de alteração de flavor, cor e sabor. De todos estes, o pH é sem dúvida o parâmetro decisivo mais importante. De um modo geral, alimentos ácidos com pH <4,5, pH limite de crescimento do Clostridium botulinum são pasteurizados e alimentos com pH > 4,5 são esterilizados devido ao risco de crescimento dessa bactéria patogênica. Na indústria de alimentos, os processos térmicos são muito usados e a terminologia compreende a descrição das etapas de aquecimento, retenção e resfriamento, suficientes para eliminar um agente bacteriano nocivo à saúde. BRANQUEAMENTO O branqueamento ou escaldagem é um processo térmico de curto tempo de aplicação, com características de pré-tratamento, pois precede o início de outros processo de elaboração industrial de vegetais, como congelamento enlatamento e desidratação. Pode ocorrer pela imersão do produto em água ou infusão de vapor. Suas funções são: ajudar na limpeza do alimento, reduzindo a carga microbiana na superfície amolecer a pele dos vegetais para etapas posteriores de descascamento uniformizar a massa do vegetal, facilitando o envase eliminar os gases intracelulares antes do envase nas embalagens herméticas inativar enzimas impedir a despigmentação de frutas e hortaliças, fixando pigmentos pode agir em combinação com tratamentos de sulfitação e adição de cálcio B) PASTEURIZAÇÃO Este termo tem amplo sentido na moderna tecnologia de alimentos. A designação pasteurização provém do tratamento térmico brando que Pasteur aplicou a vinhos para retardar ou prevenir a deterioração que ocorria. A pasteurização consiste no extermínio parcial da flora total contaminante, porém eliminando a níveis satisfatórios toda flora microbiana patogênica. Nos processos de pasteurização a temperatura raramente ultrapassa os 100°C e pode ser obtida por água quente, calor seco, vapor, corrente elétrica e radiação ionizante, diretamente ou indiretamente sobre o alimentos, em equipamentos contínuos ou por batelada. Pasteurização genericamente pode ser definida como a eliminação pelo uso de calor das células vegetativas dos patógenos, devendo também destruir a maioria das formas vegetativas dos microrganismos deterioradores que interferem em fermentações indesejáveis. Resistem à pasteurização, esporos, microrganismos termófilos como certas espécies de Bacillus e Clostridium e alguns gêneros de Streptococcus e Lactobacillus. São destruídas no processo de pasteurização, leveduras, bolores, bactérias Gram negativas e a maioria das Gram positivas. Considerando a variabilidade dos parâmetros de processo tempo/temperatura e as características dos produtos, a pasteurização deve garantir a condição microbiológica exigida e a destruição das enzimas prejudiciais, monitorando o processo pela condição mais crítica: fungos termoresistenes na maioria dos sucos de frutas, pectinesterase no suco de laranja, leveduras em xaropes de açúcar, etc. Uma vez que pasteurização não elimina todos os microrganismos presentes, alguns fatores de controle adicionais, devem ser adicionados para efetivar a conservação do alimento. A pasteurização é normalmente seguida de outras formas de conservação, como o frio (leite, creme de leite e manteiga pasteurizados), acidificação (picles, palmito em conserva), utilização de conservantes (sucos de frutas, leite de coco, refrigerantes), entre outras, tais como redução da aw, baixa temperatura de estocagem, acidez e sais de cura. É o exemplo típico do leite fluido que após processo de pasteurização necessita ser refrigerado, pois caso contrário, contaminações microbiológicas vão ocorrer deteriorando o produto. Certos vegetais como, por exemplo, palmito, cebola e alcachofra com pH >4,5 não resistem as elevadas temperaturas de esterilização e portanto são acidificados a pH <4,5 e posteriormente pasteurizados. Dessa forma assegura-se que esporos de Clostridium botulinum não se desenvolvam e tratamento térmico será adequado para garantir a sanidade do produto. Alimentos comumente pasteurizados: vinagre, cerveja, sucos, picles e produtos fermentados. C) ESTERILIZAÇÃO Esterilização pode ser definida como a destruição total de vida. Em alimentos essa situação é impossível de ser alcançada e o termo comumente utilizado é esterilização comercial, onde a aplicação dos parâmetros combinando tempo e temperatura asseguram que nenhum microrganismo viável pode ser detectado por métodos convencionais de análise microbiológica, ou ainda, o número de microrganismos é tão pequeno que perde significância nas condições de enlatamento e armazenamento sendo incapazes de se reproduzirem em condições adequadas de estocagem. Por células viáveis, entende-se formas de bactérias, fungos e leveduras que possam se reproduzir. Num produto comercializado estéril podem existir esporos, os quais só germinarão quando o produto for estocado a altas temperaturas. O processo de esterilização na indústria de alimentos deve ser rigorosamente controlado. O dimensionamento dos parâmetros tempo e temperatura devem ser calculados com ampla margem de segurança e é função da composição do alimento, carga microbiana inicial, viscosidade e velocidade de penetração de calor, onde o tempo e a temperatura estipulados devem ser tais que o calor seja distribuído e atinja o ponto mais frio da lata, e a partir desse ponto conta-se o tempo de processo térmico. O processo de penetração de calor pode ocorrer por conversão ou condução ou ambos combinados. A esterilização visa a destruição das floras microbianas total e patogênica do alimento, tendo como resultado um produto estável à temperatura ambiente. Para tanto, utiliza temperaturas acima de 100°C, em equipamentos como autoclaves, ou trocadores de calor, no processamento asséptico. Geralmente são esterilizados alimentos de baixa acidez: pH > 4,6 e Aa > 0,85 (milho verde, ervilha, feijões e seleta de legumes em salmoura; leite esterilizado; produtos cárneos enlatados, etc.), pois são susceptíveis à germinação e crescimento dos esporos termoresistentes de Clostridium botulinum. As autoclaves podem operar com vapor saturado, água quente e sobrepressão de vapor, misturas de vapor/ar, spray de água, chuveiro de água, conforme o projeto do equipamento. Podem ainda ser agitadas ou fixas, horizontais ou verticais, de fluxo contínuo ou por batelada. Os trocadores de calor podem ser de casco e tubo, a placas, superfície raspada,injeção de vapor ou infusão de vapor, principalmente para produtos fluidos, pastosos, ou mesmo particulados. Vários parâmetros interferem no projeto do processamento térmico. Os principais são: espécie, forma e contaminação inicial do microrganismo alvo pH do produto penetração de calor no alimento (propriedades físicas como difusividade térmica, viscosidade, tamanho e forma da embalagem) temperatura inicial binômio tempo/temperatura de processo tipo de equipamento Durante a esterilização térmica de alimentos, a população dos microrganismos presente no alimento decresce dependendo da temperatura do produto. Populações E.coli, Salmonella, Listeria monocytogenes decrescerão de modo logarítmico. Esporos de bactérias obedecerão o mesmo perfil, porém, apresentam um tempo de atraso denominado "lag time". 3. CONSERVAÇÃO PELA RETIRADA DE UMIDADE A água é o principal fator que gera condições para o crescimento e desenvolvimento de microrganismos nos alimentos. Por esta razão, alimentos com baixa atividade de água, como os cereais possuem maior facilidade de conservação. A redução de água livre do alimento eleva a pressão osmótica de seu meio e, conseqüentemente, a proliferação de microrganismos é contida. Da mesma forma, enzimas que provocam alterações nos alimentos são contidas. Além destas vantagens, esse processo proporciona redução do peso e volume do material, com diminuição dos custos de embalagem, transporte e estocagem, incluindo espaço disponível; maior facilidade de armazenamento, desde que protegido da umidade; e normalmente necessita de uma menor mão de obra. A) SECAGEM E DESIDRATAÇÃO A secagem ou remoção de água constitui-se num dos métodos mais antigos de preservação de alimentos utilizada pela humanidade desde a antiguidade através do processo natural de exposição ao sol de grãos, frutas e certas carnes. Falta de controle microbiológico e higiênico, resultando em baixa qualidade do produto final inviabilizaram esta técnica conduzindo a modernas operações de desidratação industrial onde secagem artificial ocorre com evaporação de água do alimento através de equipamentos adequados. A preservação dos alimentos por desidratação ou secagem baseia-se no fato de que os microrganismos e enzimas necessitam de água para execução de suas atividades metabólicas. Quando o teor de água livre é reduzido com conseqüente redução na aw inibe- se o crescimento microbiano e atividade enzimática. Além disso, com remoção de água ocorre redução de custos e espaços para embalagens e locais de estocagem levando também à maior facilidade na distribuição e transporte em relação às matérias-primas originais. A secagem pode ocorrer por métodos naturais, ao sol e correntes de ar aquecidas, ou em desidratadores artificiais. O tipo de secador empregado depende das características do alimento; da facilidade de processamento; do volume, da quantidade, estado e condições do produto; de fatores de origem econômica e da forma que se deseja dar ao produto Alimentos podem ser desidratados por ar, vapor superaquecido a vácuo, em gás inerte e por aplicação direta de vapor, sendo o ar o mais utilizado uma vez que é mais abundante, conveniente, de baixo custo, e superaquecimento de alimento pode ser controlado. Princípio do Processo de Secagem: O ar conduz o calor até o alimento que vai ser desidratado, causando evaporação da água e carrega a umidade deste vapor liberado do alimento. Secagem, portanto, é uma operação na qual ambas transferência de massa e calor ocorrem. Calor é transferido à água do alimento sendo vaporizado e o vapor de água é então removido. Esta operação é feita através de secadores os quais podem ser de dois tipos: a) adiabáticos: aquela onde o calor é levado ao alimento por um gás quente, o qual pode ser produzido por combustão ou ar aquecido; b) de condução: aqueles onde o calor é transferido através de uma superfície sólida, como por exemplo uma placa aquecida e o produto é usualmente mantido sob vácuo e o vapor de água e removido por bomba de vácuo. A eficiência do processo de secagem no primeiro caso vai depender das propriedades do ar de secagem, temperatura, umidade relativa e velocidade de insuflagem e das propriedades do produto, tais como porcentagem de umidade, tamanho e forma. Frutas e vegetais são geralmente secos em secadores de carbono, túnel ou em estufas através de passagem do ar quente. Produtos líquidos e sensíveis como ovo inteiro, leite, albumina de soro, são desidratados em secadores denominados "spray dryers", adiabáticos, porém, o produto não é colocado em bandejas mas dispersos em pequenas gotículas as quais são suspensas no ar seco, com a vantagem de oferecer tempos de secagem muito curtos. Quando operados adequadamente retém boa parte de flavor, cor e valor nutritivo. Pastas, massas, purês de frutas dependendo da qualidade do produto final desejada podem ser secos ou nos secadores anteriores ou em tambores rotativos do tipo de transferência de calor em contato com a superfície aquecida, sendo que o tambor pode ser exposto a atmosfera ou a vácuo. Considerando que os alimentos desidratados são consumidos diretamente após prévia rehidratação ou então utilizados como ingredientes no preparo de outros alimentos (condimentos, farinhas, chocolates, etc), torna-se de fundamental importância o conhecimento do seu nível de contaminação particularmente em relação a presença de bactérias patogênicas ou daquelas responsáveis por processos de deterioração. Além desse aspecto microbiológico essencial, são requerimentos desejáveis em alimentos desidratados: devem ser competitivos em custos; devem ter características organolépticas, cor, sabor, flavor, textura comparáveis ao alimento fresco; ser rapidamente reconstituído; reter seu valor nutricional; ter boa estabilidade à estocagem. O tipo de secador empregado depende das características do alimento; da facilidade de processamento; do volume, da quantidade, estado e condições do produto; de fatores de origem econômica e da forma que se deseja dar ao produto. Os principais tipos são: OS SECADORES DE CABINE Normalmente empregados em operações descontínuas, em uma ou mais unidades. São flexíveis e de construção e manutenção econômica. Normalmente são destinados à desidratação de frutas e hortaliças em pequena escala. Bandejas com alimento são dispostas em prateleiras, facilitando o manejo. O ar quente é aquecido por resistências elétricas, vapor, chama ou outro mecanismo e direcionado por ventiladores ao alimento. Possui como inconveniente a dificuldade de uniformização da taxa de secagem em todo o equipamento, o que pode gerar produtos heterogêneos. Figura 1 Foto de um secador piloto de cabine OS SECADORES DE TÚNEL São uma variação dos secadores de bandeja, uma vez que estas agora percorrem um túnel, pelo qual circula o ar quente em fluxo paralelo, em contra-corrente ou cruzado, em relação ao produto. São utilizados para hortaliças, geralmente contínuos, com grande capacidade de produção. OS SECADORES EM SPRAY Tem por finalidade pulverizar um líquido ou um sólido, em forma de suspensão fina, que é arrastada por uma corrente de ar quente. Ocorre então uma secagem rápida de soluções, suspensões e substâncias pastosas, capazes de serem atomizadas em glóbulos de pequeno diâmetro. Comparado a outros sistemas de desidratação, os "Spray Dryers" reúnem as melhores condições de rendimento técnico e econômico. O processo se desenvolve com a pulverização do produto através do atomizador (os mais comuns são discos giratórios de alta rotação); o ar quente (130-250°C) atinge o produto e um sistema de exaustão arrasta o ar carregando a umidade do produto (50-80°C),pois o calor é incorporado às partículas pulverizadas e a evaporação da água se processa imediatamente. A figura a seguir ilustra as principais partes de um spray dryer. Figura 2 Esquema de um secador tipo Spray Spray Drier Cano de PVC Bomba Produto Reservatório Resistência Ar úmido Compressor de ar Ar comprimido Ar seco Ar quente 0 1 2 3 4 5 Atom. Exaus- tor Produto secoCiclone Figura 3 Foto de um Spray Dryer piloto para evaporação de aproximadamente 50kg/h de água OS SECADORES DE TAMBOR "Drum dryers", são compostos por um ou mais cilindros metálicos, encamisados com vapor saturado (geralmente) ou água quente ou outro fluido térmico, que giram sobre seu eixo horizontal. Uma camada delgada de produto se espalha sobre o cilindro giratório aquecido; o produto permanece sobre o cilindro o tempo necessário para ser desidratado, quando então é retirado por intermédio de facas ou raspadores; a película seca, após sua raspagem, é moída, obtendo-se um produto desidratado em pó. Figura 4 Foto de um drum dryer piloto C) CONCENTRAÇÃO Os processos de concentração visam a eliminação da água do alimento e a extensão no seu prazo de validade. Dos equipamentos utilizados para concentração, os tachos encamisados são um dos mais versáteis. São utilizados, além da concentração, para o cozimento e formulação de alimentos, numa ampla faixa de viscosidade para alimentos contendo ou não partículas. Porém, os tachos são especialmente indicados para concentrar alimentos de viscosidade tão elevada que o seu processamento em outros evaporadores seria difícil ou mesmo impossível. D) LIOFILIZAÇÃO Um processo de desidratação mais sofisticado é conseguido pelo uso de condições de alto vácuo num processo denominado liofilização onde a água do alimento é removida por meio de passagem direta do estado sólido para o gasoso. Dependendo das condições de pressão e temperatura, qualquer substância pode se apresentar nos estados sólido, líquido e gasoso. Em condições fixas e características, uma substância pode coexistir em 3 fases, num ponto denominado ponto triplo, onde sólido, líquido e gasoso estão juntos. Para água este ponto triplo ocorre a 0oC e 4,7 mm de Hg e nessas condições água passa de estado sólido para gasoso sem passar pelo estado líquido. A liofilização é um processo que opera em temperatura e pressão abaixo do ponto triplo da água. Liofilização apresenta muitas vantagens em relação ao processo de secagem convencional tais como: reduz alterações químicas de substâncias sensíveis ao calor em função da baixa temperatura empregada no processo; maior solubilidade e rehidratação; reduz perdas de compostos voláteis; evita desnaturação de proteínas; reduz reações enzimáticas e microbiológicas; mantém a morfologia original do produto. A grande desvantagem é o elevado custo o que limita sua aplicação no Brasil. O processo de liofilização passa pelas seguintes etapas: 1) Congelamento do material; 2) Secagem que ocorre em duas etapas: - Secagem primária: efetuada a temperatura inferior àquela de fusão, obtida pela sublimação do gelo. - Secagem secundária: efetuada a temperatura inferior à de degradação do produto, com finalidade de eliminar os últimos vestígios de água retidos por adsorção. Liofilização ou crioconcentração consiste na desidratação de uma solução ou produto congelado, por sublimação do solvente. O processo é iniciado pelo alimento congelado, seguido de sublimação, que ocorre numa câmara de alto vácuo. Como principais vantagens do processo pode-se citar a manutenção da estruturado produto, retenção do valor nutritivo, fácil rehidratação, baixa oxidação durante o processo. A maior desvantagem é o alto custo da operação. 4. CONSERVAÇÃO POR OUTROS MÉTODOS A) FERMENTAÇÃO Ao contrário dos métodos citados até aqui que envolvem a destruição ou retardamento microbiano, e enzimático, alimentos podem ser conservados se determinadas espécies de microrganismos se desenvolverem sob condições muito controladas em processos denominados de fermentações. Sob tais condições e possível utilizar certos microrganismos que vão inibir o crescimento de outros indesejáveis, reter nutrientes e produzir alimentos de características organolépticas altamente desejáveis. Fermentação é o termo usado para descrever atividade microbiológica especialmente evolução de CO2 durante crescimento celular. Entretanto, nem formação de CO2 nem presença de células vivas é essencial à ação fermentativa como ocorre em fermentações de ácido lático, onde nenhum gás é liberado e em fermentações monitoradas somente com enzimas. Fermentações industriais requerem microrganismos capazes de se desenvolverem rapidamente em um substrato e serem de fácil cultivo e manipulação. Além disso, não devem ter requisitos nutricionais e fisiológicos muito complexos e serem capazes de manter suas características fisiológicas ao longo do ciclo fermentativo, pois caso contrário, produziria produtos estranhos adulterando o produto final. Os alimentos ou substratos de alimentos fornecem os nutrientes essenciais à fermentação e, em ordem de utilização e mais comum os microrganismos atacarem primeiramente carboidratos seguidos por proteínas e só então gordura. Em relação aos carboidratos, eles atacam primeiramente açúcares, depois álcoois e finalmente ácidos. Os principais tipos de fermentações comumente empregadas em alimentos são: a. Fermentação alcoólica: É realizada por leveduras, as quais conseguem eficientemente converter aldeídos a álcool. Leveduras industriais produzem álcool em quantidades recuperáveis, sendo a mais importante Saccharomyces cerevisiae que ocorre largamente na natureza, solos, uvas, cana de açúcar e várias frutas. É essencial na fabricação de bebidas alcoólicas como vinho e cervejas. A principal reação da fermentação alcoólica é: C6H12O6 + Saccharomyces cerevisiae 2C2H5OH + 2CO2 Na produção de álcool uma quantidade muito limitada de O2 é requerida uma vez que a atividade de leveduras é controlada pelo suprimento de O2. b. Fermentação lática: São de grande importância na preservação de alimentos. O açúcar presente no alimento é convertido a ácido lático e outros produto finais em concentrações tais que inibem o crescimento de outras classes de microrganismos. Bactérias do ácido latico são eficientes agentes de fermentação e em pouco tempo reproduzem-se tornando-se dominantes sobre a microflora geral do alimento. São fundamentais em processamento de produtos lácteos fermentados como iogurte, queijos, coalhadas, etc. São importantes do ponto de vista nutricional uma vez que metabolizam lactose e portanto, pessoas com intolerância a esse açúcar podem obter produtos lácteos na dieta através dessa fonte. c. Fermentação butírica: É menos importante que aquelas citadas previamente na preservação de alimentos. É realizada por microrganismos anaeróbios os quais podem melhorar sabores indesejáveis e odores nos alimentos. Produzem CO2, H2, ácido acético e álcoois sendo importante na maturação de determinados queijos. d. Fermentação acética: É realizada por bactérias acéticas na presença de O2, as quais produzem ácido acético após oxidação de álcool previamente formado. Essas bactérias ao contrário daquelas produtoras de álcool requerem uma elevada concentração de O2 para seu crescimento e atividade. A reação de fermentação é: C2H5OH + O2 __________ C3COOH + H2O álcool ac. acético A taxa de conversão de álcool a ácido acético depende da atividade do microrganismo,da concentração de álcool presente, temperatura e exposição ao oxigênio. O vinagre é o melhor exemplo na indústria de alimentos do uso de fermentação acética. É processado a partir de carboidratos (amido ou açúcares), sofrendo fermentação alcoólica, seguido por fermentação acética. Deve-se observar que a fermentação acética não deve iniciar-se antes da fermentação alcoólica ter se concluído e ao término da fermentação acética, o vinagre não deve mais ser exposto ao ar, uma vez que o processo de oxidação continuará resultando em CO2 e H2O, o que é evitado envasando hermeticamente o produto após pasteurização. Todas as fermentações citadas acima devem ser rigorosamente controladas nos seguintes pontos: pH do alimento, pH final da fermentação, disponibilidade de oxigênio, temperatura e concentração de substrato ou fonte de energia a ser fermentada. B) AGENTES QUÍMICOS ADITIVOS Um conservante químico é adicionado aos alimentos para prevenir ou retardar deterioração microbiana, enzimática e/ou mudanças físicas ou químicas indesejáveis tais como escurecimento não enzimático e oxidação lipídica. A eficácia ou eficiência de um preservativo químico é largamente dependente de uma variedade de parâmetros tais como concentração do agente químico, temperatura, tempo de estocagem, tipo e concentração da flora microbiana e características físicas e químicas do próprio alimento (pH e conteúdo de umidade) (Robinson, 1983). Conservantes químicos devem satisfazer vários requerimentos para poderem ser aceitos: a) não devem ter propriedades carcinogênicas; b) não devem ser tóxicos a concentrações apropriadas e realísticas; c) devem ser solúveis e não alterar propriedades organolépticas do alimento; d) devem exibir propriedades antimicrobianas no produto no qual serão usados; e) ser economicamente viável. Adição de conservantes químicos em alimentos deve ser um processo rigorosamente controlado. Além dos conservantes, outras definições se fazem importante: Germicida: agente químico capaz de destruir organismos patogênicos mas não necessariamente esporos bacterianos; Antissépticos: agente químico capaz de prevenir ou interromper o desenvolvimento de microrganismos, seja pela sua destruição ou pela inibição e podendo ser aplicado em tecidos vivos; Desinfetante: agente químico de destruir bactérias patogênicas ou outros germes prejudiciais (não necessariamente esporos bacterianos) e aplicado apenas em superfície inerte; Fungicida: agente químico capaz de destruir fungos; Fungistático: agente químico capaz de inibir ou interromper o desenvolvimento fúngico, sem necessariamente causar a destruição; Bactericida: agente químico capaz de destruir bactérias; Bacteriostático: agente químico capaz de impedir a multiplicação de bactérias, sem necessariamente causar a destruição. Em vários alimentos, numerosos agentes químicos são empregados como conservantes, isolados ou conjugados a um tratamento moderado, visando a mais eficiente conservação do produto final. Em produtos ácidos, uma variedade de ácidos, seus sais e derivados são usados como conservantes químicos, sempre em combinação com outros métodos de preservação tais como pasteurização, refrigeração ou congelamento. Entre os mais comumente usados estão: a) Ácido benzóico e benzoato: Amplamente utilizado em alimentos normalmente na forma de benzoato de sódio, devido à pequena solubilidade do ácido benzóico em água. Quando em solução o benzoato de sódio se converte na forma ácida que é a forma ativa. O mecanismo de ação do benzoato não está devidamente esclarecido, porém parece que a molécula ácida não dissociada penetra mais rapidamente na célula microbiana. Tem sido demonstrado que o ácido era introduzido na célula bacteriana no processo respiratório bloqueando a oxidação da glucose e piruvato ao nível de acetato. O valor de pKa do benzoato é 4,2 e portanto é somente útil em produtos ácidos como sucos, bebidas e derivados de tomate no intervalo de pH 4-4,5. Apresenta a vantagem de custo reduzido, entretanto, quando incorporados em alguns alimentos tais como sucos de frutas pode originar sabores desagradáveis. É considerado ser mais ativo contra leveduras e bactérias e menos ativo no controle de fungos. b) Ésteres de ácido p-hidroxibenzóico: Os ésteres do ácido p-hidroxibenzóico (metil, etil, propil, butil e heptil parabéns), têm uma faixa de pH bem mais ampla de atuação que ácido benzóico, com valor de pKa igual 8,47 e assim é muito efetivo em alimentação pouco ácida ou neutra. São ativos principalmente contra leveduras e fungos e menos ativos contra as bactérias particularmente as G-. c) Ácido sórbico e sorbatos: São comumente usados como inibidor de fungos em produtos de panificação e queijo e atualmente está sendo intensamente examinado como possível subdiluente ou coadjuvante ao nitrito. Ácido sórbico tem valor pKa igual a 4,8 e é mais eficiente em alimentos com valores de pH <6,0. Os valores de pH 4-6,0 são mais efetivos que benzoato de sódio e a valores de pH abaixo de 3,0 é um pouco mais efetivo que propionato mais similar ao benzoato de sódio. São mais ativos contra leveduras e fungos, sendo menos eficientes contra bactérias. Também no caso do ácido sórbico, a molécula não dissociada parece ser a forma mais efetiva razão pela qual a eficiência do preservativo cresce com a redução do pH no meio. O mecanismo de ação de ácido sórbico em fungos parece ser devido à inibição de desidrogenase, interferindo com a assimilação oxidativa. O ácido sórbico é metabolizado no organismo animal como outros ácidos graxos encontrados em alimentos, com produção de CO2 ou H2O. É utilizado em chocolates, conservas de carne (no revestimento de embutidos), conservas vegetais (exceto os submetidos à esterilização), doces em massa, leite de coco, maionese, margarina, queijos (revestimentos), refrigerantes, produtos de confeitaria, vinhos e sucos de frutas. d) Dióxido de enxofre ou sulfitos (SO2): Além da atividade antimicrobiana, apresenta também outras vantagens, como por exemplo, a prevenção ao escurecimento enzimático ou não enzimático de alguns alimentos. Tem também atividade antioxidante. É proibido em alimentos que são fontes de tiamina, como carnes, pois o teor dessa vitamina e ingestão de SO2 pode causar completa depleção dos níveis de tiamina na dieta. Vários compostos podem gerar SO2 e são eles: sulfito de sódio (Na2SO3), sulfito de potássio (K2SO3), bissulfito de sódio (NaHSO3), bissulfito de potássio (KHSO3), metabissulfito de sódio (Na2S2O5) e metabissulfito de potássio (K2S2O5). Os metabissulfito são mais estáveis que os sulfitos. Todos os sais de enxofre parecem atuar de maneira análoga, inibindo o crescimento de leveduras, fungos e bactérias, sendo seletivos com as leveduras, sendo mais resistentes do que as bactérias láticas e acéticas bem como muitos fungos. O ácido não dissociado representa a atividade com maior atividade antimicrobiana e enzimática. Assim, quanto mais baixo o pH, maior será a eficiência do tratamento. Possíveis mecanismos de ação descritos Lindsay (1976) incluem: a) reação com acetaldeído na célula; b) redução de ligações dissulfídicas essenciais e c) formação de compostos de bissulfito os quais podem interferir com o processo respiratório envolvendo nicotinamida dinucleotídeo (NAD). Uma outra propriedade desses compostos de enxofre, a qual tem atraído considerável atenção dos biologistas moleculares é sua interação com ácidos nucleicos, levando a modificações químicas no DNA transportador. Nesse sentido, não há dúvida de que SO2 deve ser utilizado com rigoroso controle, constituindo num perigoso preservativo químico. Além do mais o uso de SO2 encontra algumas restrições tecnológicas: o ácido sulfuroso entra emcombinação com açúcares na forma aldeídica tornando-se inativo; o SO2 é volátil e tende a desaparecer em sistemas abertos, além de causar problemas no ar em concentrações altas, acima de 100 ppm. É corrosivo, e se presente em alimentos enlatados pode causar problemas de corrosão devido a formação de sulfeto de ferro (FeS). É utilizado em geléias artificiais, pectina líquida, sucos de frutas concentrados, vinagres, vinhos, produtos de frutas, legumes e verduras desidratadas. e) Compostos usados na sanitização e pasteurização de alimentos e embalagens: Alguns compostos químicos tem sido utilizados em certos processos denominados de "esterilização ou pasteurização a frio", uma vez que em contato com alimentos ou embalagens tem a capacidade de destruir células vegetativas, esporos, bolores e leveduras. Possuem propriedades de hidrólise, vaporização que após produzirem o efeito desejado, não deixam traços nos alimentos. Entre os mais utilizados na indústria de alimentos estão: Peróxido de hidrogênio (H2O2): É um forte agente oxidante capaz de inativar uma larga variedade de células vegetativas de microrganismos e esporos bacterianos. O efeito do H2O2 é dependente do valor de pH, com máxima eficiência a pH 6,7, temperatura elevada e cobre e cobalto aumentam sua efetividade. É usado em sinergismo com irradiação ultravioleta e tratamento com catalase, sendo permitida na embalagem asséptica de leite e outros produtos lácteos. Dietilpirocarbonato (DEPC): Apresenta uma ampla faixa de atividade contra microrganismos, sendo particularmente eficiente no controle de leveduras. Seu maior uso é no processamento de vinhos. Os níveis adicionados são estabelecidos pela legislação (max. 200 ppm) e o vinho tratado 5 dias após engarrafamento não deve conter mais DEPC. Em soluções aquosas hidrolisa-se dando origem a etanol e CO2. É efetivo na inativação de leveduras e bolores tais como Saccharomyces cerevisiae e Aspergillus niger. Ozônio: É utilizado na esterilização de locais de estocagem de ambiente, sendo efetivos na inativação de microrganismos contaminadores de ar, mas não tem nenhum efeito sobre os microrganismos presentes nas superfícies dos alimentos ou protegidos por matéria orgânica. Outros agentes utilizados nessa classificação são etileno e o óxido de propileno, agentes antimicrobianos usados na esterilização gasosa de especiarias e condimentos, metil brometo e halogêneos tais como cloro e hipocloreto usados como sanitizantes e agentes de desinfecção em embalagens e plantas de alimentos. Os agentes conservadores são de grande relevância na indústria alimentícia, dentro de seus limites de ação e do conceito de que qualquer método de conservação confere apenas proteção parcial ou temporária, nunca definitiva. O emprego do aditivo conservador deve contemplar: as características do alimentos, pois alimentos ricos em água e nutrientes são mais vulneráveis às contaminações. a forma de elaboração: por exemplo, alimentos forneados ficam mofados em ambientes úmidos e quentes. o tipo de embalagem: vários produtos necessitam de embalagens adequadas, que ofereçam barreiras à entrada de agentes deteriorantes. o tempo e condições de armazenamento devem ser avaliados a qualidade dos microrganismos, pois o aditivo será empregado segundo a espécie e variedade a ele sensível. Para serem utilizados, os conservadores devem possuir, preferencialmente, os seguintes requisitos: não tornar possível o emprego de métodos imperfeitos na elaboração de alimentos; não danificar a saúde do consumidor; não ser irritante; não retardar a ação de enzimas digestivas; não facilitar o uso de matéria-prima inadequada; ser eficaz em sua quantidade mínima, em sua ação preservadora; ser facilmente identificável pelo controle analítico; ser incolor, inodoro, insípido, solúvel em água e estável. Os principais conservadores adotados pela legislação nacional vigente e sua ação antimicrobiana estão descritos a seguir: Aditivo Fungos Leveduras Bactérias ácido benzóico e sais X X ácido propiônico e sais X X ácido sórbico e sais X X X anidrido sulfuroso X X BIBLIOGRAFIA Barbosa-Cánovas, G.V. et al. Food Engineering Laboratory Manual. Technomic Pub. Com. 1997. Cain, R.F. 1967. Changes during processing and storage of fruits and vegetables. Food Technol., 21(7): 60-62. 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Thermobacteriology in Food Processing, 2nd Ed. Academic Press, New York. USO DE TECNOLOGIAS NÃO CONVENCIONAIS NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS INTRODUÇÃO Com o desenvolvimento tecnológico, tem sido freqüente o surgimento de novas tecnologias de processamento, que podem aumentar a qualidade dos alimentos de diversas formas. Isto inclui padrões de segurança, características nutricionais, características sensoriais e também aspectos de custo. Esta novas tecnologias são normalmente referidas a processos não térmicos de preservação de alimentos, em contraposição aos tradicionais processos térmicos. Na verdade, grande parte das novas tecnologias usam princípios bastante antigos e conhecidos, muitos dos quais se remetem ao início do século XX, como é o caso das altas pressões e da Irradiação. Outras tecnologias são mais recentes, e vieram como conseqüência do desenvolvimento tecnológico em outras áreas, como é o caso das microondas ou luz pulsante. O fato é que o ser humano, pela sua criatividade e necessidade, estará sempre inovando. Principais desafios a serem vencidos e discussão crítica sobre a viabilidade e implementação das tecnologias não convencionais no segmento de alimentos O processamento convencional de alimentos tem sido usado há tempos para produzir alimentos seguros. Porém, os nutrientes podem degradar e atributos sensoriais podem sofrer perdas consideráveis durante estes processamentos. As novas tecnologias vieram para explorar estas desvantagens. Os objetivos destes processamentos são a produção de alimentos seguros, com aspecto fresco e saudáveis. Enquanto estas tecnologias emergentes podem ser utilizadas para destruir bolores, leveduras e bactérias não esporuladas dos alimentos, a maioria delas é menos efetiva na destruição de esporos bacterianos. Os tratamentos brandos nos alimentos, que estes novos processos provocam, muitas vezes causam a injúria ou o stress das células microbianas ao invés de sua morte. Quando as condições são favoráveis, estas células injuriadas podem desenvolver uma resposta adaptativa que protege estas células contra tratamentos mais severos. Processos convencionais moderados podem sinergisticamente aumentar a ação antimicrobiana de novos fatores de preservação. Assim, tratamentos de alimentos integrando
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