Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 1 Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I Professora Beatriz Tenuta Martins Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 2 Sumário 1. Conceitos sobre conservação de alimentos 3 1.1. Fatores que alteram os alimentos 3 1.2. Métodos de conservação dos alimentos 3 2. Conservação de alimentos por desidratação 4 2.1. Secagem natural 4 2.2. Desidratação ou secagem artificial 5 2.2.1. Conceitos 5 2.2.2. Fundamentos da desidratação 6 2.2.3. Tecnologias de processamento 8 2.3. Tipos de Equipamentos Secadores 10 2.4. Alterações Provocadas pela Desidratação 19 2.4.1. Influência sobre Microrganismos e Enzimas 20 2.5. Alimentos instantâneos 20 2.5.1. Ar quente: 20 2.5.2. A vácuo 21 2.6. Desidratação de vegetais 23 2.6.1. Tecnologias para desidratação de vegetais 24 2.7. Desidratação osmótica 25 2.7.1. Conceitos 25 2.7.2. Tecnologia empregada 26 2.7.3. Aplicação em frutas 27 3. Desidratação de grãos e cereais 28 3.2. Sistemas de Secagem 29 3.3. Resfriamento 32 4. Legislações pertinentes 32 4.1. Legislações específicas 34 4.1.1. Características físico-químicas – Padrão de Identidade e qualidade 34 4.1.2. Características microbiológicas 36 4.1.3. Características microscópicas 36 4.1.4. Rotulagem 36 4.2. Legislação para a Indústria de Alimentos 37 BIBLIOGRAFIA: 39 Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 3 1. Conceitos sobre conservação de alimentos A alimentação não pode ser um risco à saúde de quem ingere o alimento. Vários recursos e métodos são aplicados para deter ou estacionar a ação de enzimas e microorganismos dos alimentos. As alterações sofridas nos alimentos são devidas a vários fatores, como crescimento e atividade de microrganismos, ação de enzimas, reações químicas não enzimáticas, alterações provocadas por insetos e roedores e mudanças físicas. Vamos rapidamente discorrer sobre cada um desses fatores, para acompanharmos melhor o foco dessa nossa disciplina, que tratará da conservação utilizando desidratação. 1.1. Fatores que alteram os alimentos » Crescimento e atividade dos micro-organismos: A deterioração dos alimentos dá-se em grande parte devido à ação dos microrganismos. Portanto, a maioria dos processos de conservação é baseada na eliminação total ou parcial das condições de desenvolvimento desses micro-organismos. Os fatores que influenciam o desenvolvimento microbiano são: » Meio nutritivo; » Teor de umidade; » Presença ou ausência de Oxigênio » Temperatura; » pH – potencial hidrogeniônico. » Reações Enzimáticas (Ação das Enzimas): As enzimas são proteínas encontradas nos alimentos que catalisam reações químicas. Em muitos casos, estas reações são indesejáveis, pois podem alterar as características dos alimentos. As reações mais importantes que ocorrem devido às enzimas, tais como rancidez hidrolítica e escurecimento enzimático. » Reações Não Enzimáticas São vários tipos de reações, que não dependem da presença de enzimas. As principais são: ranço oxidativo e escurecimento químico (reação de Maillard e caramelização). » Insetos e roedores: Os insetos promovem a destruição de cereais, frutas e hortaliças, pois atacam o alimento e deixam uma entrada fácil para o ataque dos microrganismos. Os roedores contaminam os alimentos e facilitam a ação dos microrganismos. » Mudanças Físicas: Ocorrem devido ao congelamento, secagem e outros procedimentos inadequados, como exposição dos alimentos ao sol e manuseio deficiente. 1.2. Métodos de conservação dos alimentos Conhecidos os fatores que podem alterar os alimentos, vamos agora falar sobre os métodos que a indústria de alimentos aplica para conservá- los, por meio da aplicação de técnicas, processos e equipamentos que devem prevenir a ocorrência, evitar ou deter tais alterações, de forma a manter as características dos alimentos inalteradas. Os processos de conservação têm por objetivo evitar as alterações nos alimentos, sejam de origem microbiana, enzimática, física ou química. Basicamente o que fazemos para conservá-los é reduzir ou eliminar as possibilidades de deterioração, decorrentes das próprias enzimas presentes nos alimentos, ou da contaminação por micro-organismos, sejam eles bactérias, vírus, fungos ou leveduras. Os métodos mais usados na conservação dos alimentos são: » Aplicação de calor: temperaturas altas eliminam microorganismos ou impedem sua proliferação. Acima de 65°C matamos a maioria das bactérias. Ferver, em temperaturas superiores a 100°C, Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 4 elimina todas. Os métodos mais utilizados que aplicam calor para a conservação dos alimentos são pasteurização, esterilização, tindalização e apertização. » Utilização de frio: temperaturas abaixo das registradas no ambiente retardam as reações químicas e as atividades enzimáticas, além de diminuir ou inibir o crescimento e a atividade dos micro-organismos. Entre 0 e 10°C existe um retardamento dessas atividades, abaixo de 0°C, as mesmas são paralisadas. Utiliza-se com essa finalidade métodos como a refrigeração, o congelamento e o supergelamento. » Controle da umidade: a retirada da água do alimento impede a proliferação dos micro- organismos. Um dos métodos mais utilizados para aumentar a vida útil dos alimentos é a desidratação até níveis que impeçam o crescimento e desenvolvimento de bactérias, fungos e leveduras prejudiciais à saúde. Esses métodos serão nosso objeto de estudo nessa disciplina. Utiliza-se com esta finalidade a secagem natural, a desidratação e a liofilização. » Adição de um soluto: Utiliza o mesmo princípio da desidratação, ou seja, não deixar água disponível para o desenvolvimento de microorganismos. A concentração de sólidos solúveis provoca pressão osmótica, que retira a água do meio menos concentrado para o mais concentrado. Usa-se a adição de sal ou açúcar nesse método. » Uso de aditivos: Os aditivos podem contribuir muito para a conservação dos alimentos. A adição de substâncias específicas nos processos industriais modifica o tempo de vida útil dos produtos. A indústria usa conservadores, estabilizantes, antioxidantes e acidulantes com essa finalidade. » Defumação: é o processo de aplicação de fumaça aos produtos alimentícios. O contato com o calor e a fumaça provoca a perda da água, que, combinada com a ação dos constituintes da fumaça, conferem ao alimento barreiras físicas e químicas eficientes contra a penetração e a atividade de micro-organismos. Alguns embutidos usam esse método de conservação. » Radiação: 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. Estudaremos, neste capítulo, os métodos de conservação dos alimentos por controle de umidade, especialmente a desidratação e a liofilização. 2. Conservação de alimentos por desidratação 2.1. Secagem natural Empregada como método de preservação dos alimentos, é um dos processos mais empregados pelo homem e vem sendo utilizada desde os tempos pré-históricos. É, portanto, um processo copiado da natureza e aperfeiçoado com o passar dos tempos. Os cereais e as leguminosas são conservados pelo processo de secagem natural. Sua conservação é muito eficiente e raramente necessita da intervenção humana. É recomendável em regiões de clima seco, com boa irradiação solar, na época em que a secagem é realizada. Quando realizada pela exposição sob a luz solar, denominada comosecagem natural, produz um material bastante concentrado e de boa qualidade; porém para grandes quantidades de alimentos, este tratamento não é recomendado, uma vez que depende de fatores climáticos que acabam sendo um determinador de variados graus de dificuldade para serem controlados. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 5 Além das dificuldades de controle, podem ser também imprevisíveis a chuva, os ventos fortes e as tempestades de areia. Também podem ocorrer problemas com vetores, principalmente insetos e roedores. A secagem natural era inicialmente aplicada apenas às frutas com porcentagens elevadas de açúcar que, quando colhidas, poderiam secar rapidamente, sem prejuízos acentuados, ocasionados pelos fungos e pela fermentação. Embora novas variedades tenham sido selecionadas para este fim, a secagem natural já não é praticada com tanta intensidade como até alguns anos passados. Isto se deve ao fato de que na atualidade podem- se obter produtos iguais e até de melhor qualidade do que os obtidos por secagem natural, fazendo-se um branqueamento adequado antes da desidratação artificial. Este tipo de secagem é um processo que só pode ser empregado, com o sucesso desejado, em regiões de clima quente, seco e livre de chuvas, durante o período da colheita, caso contrário poderá haver perda total da matéria-prima submetida a esse processo. Do ponto de vista econômico, o processo de secagem natural é menos oneroso, no que diz respeito aos gastos com energia, como também por causa de sua simplicidade. Porém, há necessidade de grandes áreas e controle de insetos e roedores. É um processo relativamente lento, podendo demorar até 10 dias. Pode ser aplicado em diversos alimentos, como grãos, frutas, carnes, peixes, café, cacau, condimentos e especiarias. O local reservado para a secagem dos alimentos deve ser cercado com o objetivo de evitar a presença de animais, como também deve situar-se distante das vias de acesso, principalmente por causa dos problemas da contaminação ambiental, provocada pela presença do homem. O processo de secagem das frutas consiste em se colocar a matéria-prima em tabuleiros ou bandejas que em seguida, serão levadas ao sol, devendo ser revolvidas de vez em quando. Muitas frutas devem ser previamente tratadas com dióxido de enxofre, com o objetivo de inativar enzimas e, consequentemente, prevenir escurecimentos indesejáveis. Nesse processo, os melhores resultados podem ser alcançados dividindo-se o tratamento em duas etapas: a primeira fase é iniciada ao sol e continuada até que o produto tenha perdido de 50% a 70% de umidade, a segunda etapa deve ser realizada à sombra, para que o material não fique ressecado e não perca o sabor e o aroma naturais. Tanto os produtos de origem animal como os de origem vegetal podem ser conservados pela secagem ao sol. Entre os produtos de origem animal os mais comuns são a carne de sol, o charque e os peixes salgados secos. Os alimentos de origem vegetal mais comuns são as frutas como uva, ameixa, figo, tâmara, damasco, pêssego, pêra e outros.; cereais, leguminosas, condimentos e especiarias, de maneira geral. 2.2. Desidratação ou secagem artificial 2.2.1. Conceitos A desidratação é uma técnica milenar que surgiu na Europa durante o Império Romano. A primeira máquina para desidratar frutas e vegetais por meios artificiais foi construída na França em 1795. Entretanto, a desidratação só passou a ser aplicada de forma significativa na Primeira Guerra Mundial, em razão da necessidade de fornecimento de alimentos em larga escala para suprir as tropas em combate. Idêntica expansão ocorreu de 1939 a 1944, sendo que na Segunda Guerra Mundial haviam sido desenvolvidas, nos Estados Unidos, técnicas para desidratação de mais de 160 tipos de vegetais. O princípio de conservação de alimentos por meio da desidratação baseia-se na redução da disponibilidade de água para as reações de deterioração dos produtos. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 6 Com isso, obtem-se a estabilidade necessária para simplificar os meios de transporte e armazenamento, tendo em consideração que, além de dispensar a cadeia de frio para o transporte, o volume de estocagem é significantemente reduzido. Raízes e tubérculos tem seu peso diminuído em aproximadamente 10 vezes, enquanto que as hortaliças chegam a pesar 15 vezes menos após o processamento. A desidratação é a secagem pelo calor produzido artificialmente em condições de temperatura, umidade e corrente de ar cuidadosamente controladas. A maioria dos métodos de secagem artificial envolve a passagem de ar aquecido, com umidade relativa controlada sobre o alimento a ser desidratado, que pode estar parado ou em movimento. As vantagens desse processo sobre o que foi descrito anteriormente são a rapidez, o controle das condições de desidratação e a redução da área de secagem necessária. Em contrapartida são exigidos capital maior e mão de obra especializada. No caso da desidratação pela circulação de ar quente, tanto a temperatura, como a umidade e a velocidade do ar são controladas, podendo variar de acordo com o produto e o grau de secagem desejado. Na desidratação, a transmissão de calor necessário para a evaporação da água também pode ser direta, por contato, em vez da condução do calor pelo ar. Os produtos alimentícios podem ser secos com ar, vapor superaquecido, a vácuo, por um gás inerte ou pela aplicação direta do calor. Em razão de sua maior disponibilidade, o ar é o meio mais utilizado na secagem de alimentos e o seu controle, no aquecimento do alimento, também não apresenta maiores dificuldades. Não há necessidade de nenhum sistema de recuperação da umidade, como se observa na utilização de outros gases. O ar conduz o calor aos alimentos, provocando a evaporação da água, sendo utilizado também como veículo no transporte do vapor úmido liberado. O volume de ar necessário para evaporar uma determinada massa de água depende da temperatura que está sendo utilizada. A velocidade do ar varia de acordo com o desidratador – de 90 a 300 metros por minuto. A velocidade de evaporação da água depende da temperatura, da umidade e da velocidade do ar, além da área superficial e da porosidade do alimento. Podemos destacar como objetivos da desidratação de alimentos: » Aumentar o período de conservação dos alimentos, já que a desidratação inibe o crescimento de microrganismos, a atividade de algumas enzimas e determinadas reações químicas por redução da atividade da água (Aw); » Reduzir o peso e o volume dos alimentos para facilitar e baratear os custos de transporte e armazenamento; » Facilitar o uso e diversificar a oferta de produtos, pois são obtidos produtos de mais fácil utilização e com características organolépticas distintas. 2.2.2. Fundamentos da desidratação Como vimos anteriormente, a desidratação é a extração deliberada e sob condições controladas, da água contida nos alimentos. Sob condições de pressão e temperaturas específicas, as moléculas de água podem passar pelos três estados físicos – sólido, líquido e gasoso (vapor), de forma mais segura, sem danificar estruturas celulares ou alterar conteúdos nutricionais dos alimentos. A figura abaixo mostra, de forma esquemática, os fundamentos físicos e químicos do processo de desidratação dos alimentos. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 7 Figura 1 - Fundamentos da desidratação Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. No processo de desidratação ocorre a transferência de energia da fonte de calor para o alimento e transferência de massa do alimento para o meio externo.A tranferência de energia ocorre das seguintes formas: » Por convecção: secagem com ar quente; » Por condução: secagem por contato direto com uma superfície quente; » Por radiação: secagem mediante aporte de energia de fonte irradiante; » Por calefação por micro-ondas e dielétrica: secagem por energia eletromagnética; » Por congelamento e sublimação: liofilização ou criodesidratação. Já a transferência de massa se dá por uma das seguintes formas: » Por movimento capilar ou forças capilares: água livre; » Por difusão de líquidos: água ligada, por diferença de concentração de solutos; » Por difusão de gases: no alimento praticamante desidratado; » Por difusão nas camadas líquidas adsorvidas nas interfaces do sólido; » Por movimento, devido à retração do sólido. A velocidade da secagem dependerá das fases e curvas da secagem. Considerando que a temperatura e a umidade do ar de dessecação mantêm-se constantes durante todo o ciclo de desidratação e que todo o calor necessário é proporcionado ao produto por convecção, as mudanças do conteúdo de umidade ajustam-se às curvas de secagem, conforme podemos observar na figura abaixo: Curvas de desidratação de sólido úmido em ar em temperatura e pressão constantes. Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. FASE A-B: Período de estabilização FASE B-C: Período de velocidade constante FASE C-D: Período de secagem em velocidade decrescente Wc: conteúdo crítico de umidade Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 8 Considerando que a água presente nos alimentos apresenta-se em soluções de diversos sólidos, de géis, de emulsões ou ligada de diversas maneiras aos componentes sólidos, as experiências práticas de determinação das fases de secagem em uma planta piloto mostram algumas características comuns: » O conteúdo elevado de água dos alimentos acelera a velocidade inicial de secagem; » Alimentos com porcentagem elevada de amido, que portanto tem alto conteúdo de água ligada, proporcionam períodos de velocidade constante de desidratação; » Para alimentos ricos em substâncias que absorvem pouca água (lipídios, sais e açúcares cristalizados), a fase de secagem é muito importante quantitativamente; » A transferência de vapor d’água é proporcional à superfície de exposição durante o período de velocidade de secagem constante e à espessura na fase de velocidade decrescente. » No início da desidratação, forma-se uma camada relativamente desidratada na zona superficial, para a qual emigra a água livre do centro do alimento, enquanto que a água ligada na zona superficial não se evapora. » Mudanças no conteúdo de umidade da superfície e do centro do alimento ao longo da secagem podem ocorrer em velocidades diferentes e produzir diversas mudanças e alterações, tais como endurecimento superficial, movimento de sólidos solúveis e retração. » O endurecimento superficial ocorre mais facilmente em frutas, carnes, peixes e embutidos, por forte retração da camada superficial, formando uma película dura e impermeável, fortemente resistente à transferência posterior de vapor. A solução adotada nesses casos é utilizar ar com umidade relativa elevada, em baixa velocidade e em temperatura adequada para favorecer a difusão interna da água do alimento. » O movimento de sólidos solúveis ocorre quando a secagem inicial é lenta, e as substâncias solúveis em água (sobretudo açúcares e sais) são arrastadas pela água do centro para a superfície, onde se concentram e podem inclusive cristalizar-se ou formar uma camada amorfa, de aspecto pegajoso e impermeável, que dificulta a passagem de vapor d’água. » A retração aparece em certo grau em tecidos animais e vegetais, que é proporcional à saída progressiva da água de dentro das células. » A figura abaixo demonstra a tendência de maior retração quando a secagem é muito lenta. Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. a) Secagem lenta b) Secagem rápida Conforme pode ser observado na figura, a secagem lenta provoca diminuição do volume do alimento, em função da retração. Já a secagem rápida provoca a formação de uma camada desidratada e rígida na superfície do alimento, que fixa o volume final do produto. A reidratação também é facilitada nessa situação, devido à estrutura ficar mais porosa. Em compensação, aumenta a sensibilidade às alterações oxidativas. 2.2.3. Tecnologias de processamento A escolha da tecnologia de processamento de desidratação depende do estado físico do alimento a ser desidratado (sólido, líquido ou pastoso), bem como da utilização que se pretende dar ao mesmo. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 9 As características físicas, tais como viscosidade dos líquidos e o tamanho dos sólidos, bem como suas características químicas (sensibilidade térmica, predisposição à oxidação), além da diversidade e quantidade de alimentos a serem processados, definem a tecnologia a ser aplicada. Os métodos mais empregados na indústria alimentícia são: » Desidratação por ar quente: o alimento é posto em contato com uma corrente de ar quente. O calor passa ao alimento principalmente por convecção. » Desidratação por contato direto com uma superfície quente: o calor passa ao alimento principalmente por condução. » Desidratação por aporte de energia eletromagnética: proporciona-se calor ao alimento principalmente por radiação, energia micro-ondas ou aquecimento dielétrico. » Desidratação por evaporação súbita. Vamos detalhar, então casa um desses métodos. A) Desidratação por ar quente Nesses equipamentos, o alimento entra em contato com a corrente de ar quente que proporciona o calor sensível e o calor latente de evaporação. O ar arrasta o vapor d’água liberado do alimento. Muitas das características técnicas desse método dependem do movimento relativo entre o ar quente e o produto que está sendo desidratado. O quadro abaixo resume tais características: MOVIMENTO RELATIVO ENTRE O AR E O PRODUTO a) Fluxo concorrente • O produto e o ar movem-se na mesma direção e no mesmo sentido. • Ocorre rápida desidratação inicial. • Existe uma diminuição progressiva da velocidade de desidratação (redução do potencial de secagem do ar à medida que avança para a saída do equipamento). • É difícil obter produtos finais com baixo conteúdo de umidade. b) Fluxo em contracorrente • O produto e o ar movem-se com a mesma direção, mas em sentido oposto. • A velocidade de desidratação é muito lenta no início. • Acontece acentuada retração do produto. • A densidade final é mais elevada. • Os produtos finais têm quantidade de água muito baixa porque entram em contato com ar quente e seco, com elevado potencial de secagem, na zona do equipamento próximo à saída. c) Fluxo com evacuação central • Emprega-se primeiro o fluxo concorrente, com ar mais quente e em maior velocidade, e, em seguida, o fluxo em contracorrente, com ar mais frio e seco. • Encurtam-se os tempos de secagem e aumenta-se a capacidade de produção, sendo mais fácil controlar as condições. d) Fluxo transversal • A direção do movimento do ar no sistema é perpendicular à do produto. • As condições de secagem são controladas mais facilmente, porque existem vários aquecedores nas diversas zonas, reduzindo o tempo de processamento. • O custo é superior ao dos outros por sua complexidade. Os equipamentos utilizados na indústria de alimentos para a desidratação por ar quente são: » Secador de duas plantas » Secador de cabine, bandejas ou compartimentos » Secador de tremonha » Secador de túnel » Secador rotatório » Secador transportador » Secador de base fluidizada » Secador pneumático » Secador atomizadorTecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 10 No capítulo sobre equipamentos, detalharemos cada um deles. B) Desidratação por contato com uma superfície quente Neste método de desidratação, o calor sensível e o calor latente de evaporação são proporcionados por condução, ao se colocar o produto úmido sobre a superfície quente. A eficácia térmica é maior que na secagem com ar quente. Para os alimentos sensíveis ao calor, usa-se pressão reduzida. Nesse processo, a camada do produto deve ser muito fina, pois dessa forma favorecer a transmissão do calor e de massa e evitar o aquecimento excessivo. São necessários cuidados para evitar a contração do produto durante a secagem. Além disso, deve-se usar uma corrente de ar para eliminar o vapor d’água que se desprende do produto. Os equipamentos utilizados na indústria de alimentos para a desidratação por contato com uma superfície quente são: » Secador de tambor ou de rolo: tambor único, tambor duplo, tambores gêmeos, tambor a vácuo. » Secador a vácuo de placas. » Secador a vácuo de esteira rolante No capítulo sobre equipamentos, detalharemos cada um deles. C) Desidratação por aporte de energia eletromagnética Embora seja viável, não é usual empregar calor radiante como principal fonte de calor. Apenas determinado nível de comprimento de onda apresenta profundidade de penetração no alimento adequada. É difícil conseguir secagem homogênea quando a superfície dos alimentos não é regular ou seus componentes diferem quanto ás características de absorção de calor. Não existe, na indústria de alimentos, muitas experiências sobre a utilização desse método, pois os demais são mais eficientes e apresentam custo menor. D) Desidratação por evaporação súbita ou Explosão Puff Driyng Esse sistema é utilizado para produtos que foram parcialmente desidratados, em geral com ar quente, até o conteúdo de umidade entre 15 e 35% , em velocidade reduzida. Introduzem-se as peças de alimento na câmera, onde são submetidas ao aumento de temperatura e pressão. O aquecimento é feito de forma externa com gás e internamente com gás ou com vapor superaquecido. A descompressão imediata da câmera faz com que a água superaquecida do alimento evapore subitamente. Dessa forma, produz-se a desidratação instantânea, na qual o produto se expande e adquire estrutura muito porosa que facilita sua posterior desidratação. 2.3. Tipos de Equipamentos Secadores Existem hoje muitos tipos de secadores que podem ser utilizados na desidratação de alimentos, porém a escolha de um determinado secador depende da natureza da matéria- prima, do produto final a ser obtido, dos aspectos econômicos e das condições de operação. 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 indIreto), ou ainda de acordo com o sistema utilizado para fornecimento de calor (convecção, condução, radiação, ou dielétrico). De modo geral, na prática das indústrias, os secadores acabam sendo divididos em duas categorias distintas: os secadores adiabáticos e os secadores por contato. Os secadores adiabáticos são aqueles que fornecem o calor por meio de ar quente. Neste grupo podem ser incluídos Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 11 os secadores de cabine, secadores de túnel, atomizador e os fornos secadores. Os secadores por contato são aqueles em que o alimento entra em contato direto com a fonte de calor, sem o ar como condutor. Veremos a seguir o detalhamento de alguns modelos de secadores mais utilizados, já citados nos capítulos anteriores. A) Secador de duas plantas Neste tipo de equipamento acontece uma operação descontínua. O secador é uma estrutura de duas plantas com forno ou queimador na planta inferior, onde se gera o ar quente, que sobe por convecção à planta superior. Na planta superior, sobre um piso em forma de rede, distribui-se o produto sólido e úmido, que será tratado em camadas de cerca de 20 cm de espessura. B) Secador de cabine, bandejas ou compartimentos São formados por 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. São equipamentos que permitem distribuir os produtos em camadas mais finas (de poucos centímetros) em bandejas que ficam no interior de uma cabine isolada. 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. O ar se move graças a ventiladores que o impulsionam por meio de aquecedores. Sua principal aplicação na indústria é na secagem de porções de frutas e hortaliças. FIGURA 2 – Secador de Cabine Fonte da imagem: http://migre.me/crYFf C) Secador de tremonha São instalações cilíndricas ou retangulares, nas quais o produto se distribui sobre uma malha perfurada. O fluxo de ar quente é moderado e o produto pode ser removido periodicamente. D) Secador de túnel Esses equipamentos, de até 24 metros de comprimento e com uma seção circular ou retangular de 2 x 2 m, permitem a operação contínua ou semicontínua, o que permite maior produção. O produto é distribuído em camadas uniformes sobre bandejas dispostas em vagonetes ou carros, de modo a se manter espaço adequado entre as bandejas para a circulação do ar. A figura abaixo mostra secadores de túnel com diferentes movimentos relativos do ar e do produto: Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 12 FIGURA 3: Movimentos do ar em secadores de túnel Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. a) concorrente b) em contracorrente c) de saída de ar central d) de fluxo transversal E) Secador rotatório Neste tipo de equipamento, a operação é contínua. São formados por câmaras cilíndricas inclinadas que, ao girar, mantêm o produto em movimento contínuo. O cilindro é provido de pás ou aletas internas para favorecer a mistura do produto e seu contato com ar quente, evitando que grude nas paredes. A figura a seguir mostra os esquemas de funcionamento dos diversos tipos de secadores rotatórios: FIGURA 4: Secadores rotatórios Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. a) de aquecimento direto; b) de fluxo concorrente; c) de fluxo em contracorrente; d) de aquecimento misto direto/indireto; e) de aquecimento direto, por condução. As flechas cheias indicam o movimento do produto, e as flechas listradas, o movimento do ar quente. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 13 F) Secador transportador ou de esteira rolante Neste tipo de equipamento, o transporte do produto ao longo do túnel é feito por uma esteira rolante, sendo a carga e a descarga automáticas. Os secadores de esteira contínuo são normalmente construídos de forma modular e , assim, cada seção apresenta o seu ventilador e aquecimento próprios. Essas seções são unidas em série, formando um túnel através do qual a esteira se movimente. O movimento de ar transversal ao produto é ascendente na primeira parte do túnel e descendente ao final. Os legumes, frutas e hortaliças processados nesse tipo de secador são submetidas a uma temperatura de secagem no primeiro estágio, que pode chegar até 130ºC e, a uma velocidade do ar em torno de 1,4 a 1,5metros/segundo, possibilitando uma capacidade de secagem muito alta sem prejudicar as qualidades dos alimentos, devido ao efeito de resfriamento na evaporação da água. A secagem é mais rápida, pois o produto é distribuído em camadas de pouca espessura e tem elevado contato com o ar. G) Secador de base fluidizada Neste tipo de secador, o ar quente não apenas atua como meio de desidratação dos produtos, mas também favorece seu movimento. Aplica-se este método apenas a sólidos de tamanho relativamente uniforme e com certa resistência mecânica, como cubos de carne, ervilhas, cereais, etc. A figura abaixo mostra um modelo de secador de base fluidizada de operação contínua e com sistema de recuperação de finos. FIGURA 5: Secador de base fluidizada Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. As flechas cheias indicam o movimento do produto, e as flechas listradas, o do ar. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 14 H) Secador pneumático Este equipamento fundamenta-se na aplicação de convecção forçada para dispersar o produto, garantindo que o grau de dispersão obtido seja total. O fluxo de ar é ajustado para classificar as partículas: as menores e mais leves, que secam antes, são transportadas rapidamente pelo fluxo de ar até a saída, enquanto as maiores e mais úmidas permanecem em suspensão por mais tempo. Os secadores pneumáticos, também chamados “Flash Dryer”, são adequados especialmente para sólidos úmidos, resultantes de processos de filtragem, decantação e centrifugação, onde se deseja principalmente a remoção da umidade para obtenção de pós secos. A figura abaixo mostra dois tipos de sistema pneumático. a) Com vários condutos em série b) Com recirculação de produto FIGURA 6: Secadores pneumáticos Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 15 A figura abaixo mostra outro sistema pneumático, Frash Dryer. FIGURA 7: Secador pneumático – sistema Frash dryer Fonte: http://bragante.br.tripod.com/figuras2/flashdryer.jpg 1-Filtro de ar, 2-Secador, 3-Aquecimento indireto com 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. Nesse sistema, o alimento a ser desidratado é introduzido em um sistema de transporte por tubulações onde o próprio ar de secagem, à medida que transporta o material, vai evaporando a água nela contida que, após a secagem, é 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 está sendo seco, mesmo para sistemas de grande percurso, é da ordem de 4 a 5 segundos. A capacidade volumétrica da evaporação do sistema varia de 10 a 200 kg/h. m3. O diagrama abaixo, ilustra um sistema Flash Dryer. FIGURA 8: Diagrama do sistema Frash dryer Fonte: http://bragante.br.tripod.com/figuras2/filterdryer2.jpg Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 16 I) Secador atomizador Este é o equipamento mais importante para a desidratação de produtos líquidos, como leite, por exemplo. O produto líquido subdivide-se em gotas muito pequenas no interior da câmera, onde elas entram em contato com o ar quente. A evaporação da água das gotas é praticamente instantânea, e cada uma delas se transforma em uma partícula seca que é transportada pelo ar da secagem. É também chamado de secador “Spray Drier”. Os elementos essenciais neste tipo de equipamento são o atomizador, a câmera de secagem e o sistema de recolhimento das partículas secas. Dispõem também de ventiladores e aquecedores de ar. O aspecto mais crítico do processo é a atomização do produto. Para que a desidratação seja rápida e uniforme, é fundamental obter a aspersão de gotas com tamanho pequeno e homogêneo. Além disso, o tamanho das gotas determinará o das partículas secas finais. A figura abaixo mostra dois modelos de secadores atomizadores. FIGURA 8: Secadores atomizadores Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. a) câmera cilíndrica alongada, com atomizador de dois fluídos; b) câmara cônica com atomizador centrífugo. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 17 O esquema abaixo mostra o funcionamento de um sistema Spray Drier. FIGURA 9: diagrama do sistema Spray Dryer Fonte: http://bragante.br.tripod.com/figuras2/spraydryer4.jpg (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)-Câmara 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 principal 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 baixa. 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. Entre as vantagens desse tipo de equipamento podem ser citadas a alta qualidade dos produtos obtidos, a rápida velocidade de secagem (segundos), o elevado volume de produto processado (em algumas instalações, até 80 toneladas por dia), o menor custo de mão-de-obra, bem como a simplicidade de operação e manutenção. Como desvantagens, podem ser apontados o custo do equipamento e de operação e a necessidade de conteúdo inicial de água no produto relativamente alto, para que possa ser bombeado e atomizado. Os produtos que podem ser desidratados com essa técnica são os líquidos ou massas e purês com viscosidade adequada para serem atomizados, como leite, soro, caseínas, produtos de ovo, preparados para alimentação infantil, café, chá, proteínas, extratos de carne e leveduras, etc. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 18 Figura 10 - DIAGRAMA DE SECADOR ATOMIZADOR Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. J) Secador de tambor ou de rolo: tambor único, tambor duplo, tambores gêmeos, tambor a vácuo. Este tipo de equipamento é o mais utilizado na desidratação por contato com uma superfície quente, cujo conceito já discutimos anteriormente. Esses equipamentos são conhecidos como secadores de rolo ou de película. São cilindros metálicos ocos que giram horizontalmente e em seu interior circula o meio de aquecimentos, em geral vapor a pressão. A superfície do cilindro atinge de 120°C a 170°C. Nesses equipamentos, o produto, líquido ou em forma de papa, é aplicado como uma fina camada sobre a superfície externa do tambor. A desidratação do produto termina antes que o tambor complete a volta e ele é desprendido de sua superfície com uma faca ou raspador. A figura abaixo mostra diferentes configurações e modos de alimentação dos secadores de tambor ou de rolos. Figura 11 - DIAGRAMA DE SECADORES DE TAMBOR OU DE ROLOS Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. a) de tambor único; b) de tambor duplo; c) de tambores gêmeos. Os sistemas de aplicação do produto utilizados são: imersão em banho, aspersãoou por rolos de alimentação auxiliares. Permitem produção elevada e são muito econômicos. São úteis para alimentos relativamente resistentes ao calor: flocos de batata, leite, soro, sopas, cereais instantâneos. K) Secador de tambor a vácuo Esses equipamentos são utilizados quando não é suficiente operar com a pressão atmosférica, pois permite empregar temperaturas mais baixas durante a operação. O resultado são produtos de alta qualidade. Existem dois tipos de equipamentos distintos: L) Secador a vácuo de placas Este tipo de secador opera de forma descontínua. Em uma câmera, dispõem-se placas ocas horizontais e paralelas, aquecidas internamente pela circulação de água quente ou vapor d’água, sobre as quais o alimento é estendido em camadas uniformes e finas. M) Secador a vácuo de esteira rolante Neste tipo de equipamento, os alimentos líquidos ou papas são acomodados em esteira transportadora contínua de aço inoxidável. A esteira situada no interior da câmera de vácuo desloca-se sobre dois tambores: um de aquecimento e outro de resfriamento. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 19 2.4. Alterações Provocadas pela Desidratação Durante as operações de desidratação, os alimentos podem sofrer várias alterações, tanto no seu valor nutritivo como em suas propriedades organolépticas. As propriedades mais afetadas são a cor, o aroma, o sabor e a textura. Algumas vezes, essas alterações melhoram a qualidade dos produtos, mas quando a operação não é bem conduzida, essas modificações podem provocar mudanças indesejáveis a esses alimentos. Nas operações de secagem, o alimento perde naturalmente parte do seu teor de água, com a consequente concentração dos nutrientes por unidade de peso, quando comparando com o produto fresco. Quando reconstituído ou reidratado, assemelha-se bastante ao produto natural, dificilmente chegando a igualar-se às condições anteriores, em virtude da perda de alguns constituintes, principalmente das vitaminas. A preservação do teor vitamínico dependerá dos cuidados que deverão ser tomados durante as operações de secagem, do processo utilizado e das condições de armazenamento do produto seco. A riboflavina é ligeiramente sensível, enquanto que o ácido ascórbico e o caroteno são bastante afetados pelos processos de oxidação. A tiamina é sensível ao calor e destruída pelos tratamentos com enxofre. A secagem ao sol afeta bastante o teor de caroteno e de vitamina C. A perda do valor biológico das proteínas depende dos métodos de secagem a que o alimento foi submetido. A exposição prolongada a altas temperaturas pode afetar negativamente as proteínas, enquanto que os tratamentos realizados a baixas temperaturas podem aumentar a sua digestibilidade, quando comparadas com esse mesmo produto antes da desidratação. O principal problema que ocorre com os carboidratos que se encontram nas frutas secas é o escurecimento que poderá ser ocasionado por enzimas ou por processos químicos. A formação da melanoidina, nome genérico de pigmentos escuros, acontecerá após uma série de reações complexas. A aplicação mais utilizada é na desidratação de alimentos muito sensíveis ao calor: sucos de frutas, tomate concentrado e extratos de café. A figura abaixo mostra o modelo de um desses equipamentos: Figura 12 - DIAGRAMA SECADOR A VÁCUO DE ESTERIA ROLANTE Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 20 Os antioxidantes e o dióxido de enxofre têm sido utilizados no tratamento de matérias-primas a serem submetidas aos processos de desidratação, para evitar a ocorrência das reações de escurecimento. Em resumo, podemos afirmar que as principais alterações sofridas pelos alimentos no processo de desidratação são: » Possível gelatinização do amido presente, por adsorção da água; » Fusão e amolecimento dos componentes termoplásticos, ocasionando problemas de aglomeração e aderência à embalagem; » Mudanças do estado cristalino para o amorfo; » Escurecimento não enzimático, favorecido pela temperaturaalcançada durante o processamento e pelo aumento dos solutos do alimento; » Perda por evaporação de substâncias aromáticas voláteis, pois a difusão é maior na matéria seca; » Diminuição na capacidade de retenção da água, que pode ocorrer devido à desnaturação e agregação das proteínas, que se deve ao aumento da temperratura e da concentração de sais; » Mudança de textura, pois os produtos reidratados não recuperam a turgidez, no caso de carnes e frutas, nem a rigidez, no caso de hortaliças, características de produtos frescos; » Perda de valor nutritivo, pela destruição parcial das vitaminas A e C, por oxidação; » Mudanças de cor, decorrentes de alterações na superfície do alimento que mudam a sua refletância. 2.4.1. Influência sobre Microrganismos e Enzimas A remoção de água é um dos métodos mais eficientes utilizados no controle do crescimento de microrganismos, visto que este constituinte é imprescindível para as atividades metabólicas de todas as formas de vida, inclusive as mais simplificadas, como os seres unicelulares. Alguns bolores podem-se desenvolver em substratos com baixo teor de umidade, em torno de 12%. As bactérias e as leveduras necessitam de níveis mais elevados, algo superior a 30%. As frutas, depois de secas, apresentam teores de umidade que podem variar de 15% a 25% e, portanto, poderão permitir o crescimento de alguns microrganismos. Porém, produtos com atividade de água inferior a 0,60% podem ser conservados por longos períodos, sem apresentar sinais de crescimento de microrganismos. A maioria das enzimas é sensível aos tratamentos com calor úmido, especialmente em temperaturas superiores às de sua atividade. No entanto, não são sensíveis ao calor seco. Por esse motivo, as enzimas devem ser inativadas pela utilização de calor úmido ou pela ação de agentes químicos, antes que a matéria- prima seja submetida aos processos de desidratação. 2.5. Alimentos instantâneos A produção desses alimentos requer algumas considerações específicas. Não é suficiente apenas a remoção de água dos alimentos, sendo necessário obter um alimento de fácil reconstituição, garantindo as vantagens esperadas pelo consumidor. A evaporação da água do alimento pode ocorrer por: 2.5.1. Ar quente: Conforme já vimos anteriormente, a desidratação por ar quente é uma tecnologia de secagem que constitui na remoção da água através da evaporação da água, pela passagem do ar quente e seco através do alimento. Ocorre sob pressão atmosférica. O alimento na forma de pedaços, fatias, cubos ou flocos é disposto em bandejas perfuradas por onde circula o ar quente, arrastando os vapores da água evaporada, à temperaturas que variam de 60 a 90ºC. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 21 Os sistemas que utilizam o ar quente apresentam algumas vantagens, do ponto de vista industrial, das quais podemos citar: a) A conservação do alimento é feita pela remoção do principal fator de desenvolvimento de micro- organismos, que é a água, proporcionando a estabilidade microbiológica; b) O produto resultante é 100% natural , pois o processo dispensa o uso de agentes conservadores e outros aditivos; c) O custo operacional é bastante competitivo; d) É Ideal para alimentos resistentes à temperaturas mais altas de processo; e) Apresenta longo shelf life, em geral acima de 12 meses; f) O transporte e o armazenagem são feitos à temperatura ambiente. Pode ser feita nos seguintes equipamentos: » Desidratação em tambor – sistema “Drum Drying”; » Desidratação por spray – chamado de atomizaçãoou sistema “Spray Drying”; 2.5.2. A vácuo A Desidratação a vácuo é uma tecnologia de secagem que constitui na remoção da água através da evaporação da água, sob vácuo. O alimento, na forma de pedaços, fatias, cubos, flocos, pasta ou xarope é colocado em câmaras herméticas e submetido ao aquecimento sob parâmetros ideais de vácuo. A evaporação ocorre a temperaturas que atingem no máximo 50ºC no produto, favorecendo a preservação dos aromas e sabor do produto original. É feita em equipamentos contínuos ou em batchs, de acordo com o tipo de produto. Para esse sistema, podemos apontar as seguintes vantagens: a) Proporciona rápida hidratação na reconstituição do produto; b) A conservação do alimento é feita pela remoção do principal fator de desenvolvimento de micro- organismos, que é a água, proporcionando a estabilidade microbiológica; c) O produto obtido é 100% natural , pois o processo dispensa o uso de agentes conservadores e outros aditivos; d) É adequada para alimentos originalmente na forma de pedaços, pasta ou xarope. A forma do produto final pode se adaptar de acordo com a aplicação a que se destina (pedaços, fatias, cubos, granulados, pós); e) Minimiza as perdas nutricionais e sensoriais decorrentes do aquecimento do alimento, devido a evaporação ocorrer sob vácuo; f) É obtido um longo shelf life, em geral acima de 12 meses; g) O transporte e a armazenagem são feitos à temperatura ambiente; h) Na aplicação como ingrediente de formulações, apresenta vasta possibilidade de aplicação, possibilitando a criação de produtos que vão de encontro com as expectativas do consumidor, na busca por alimentos saudáveis, naturais e saborosos. As figuras abaixo ilustram os três sistemas citados na produção de alimentos instântaneos: » Desidratação em tambor – sistema “Drum Drying”; » Desidratação por spray – chamado de atomização ou sistema “Spray Drying”; » Desidratação a vácuo. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 22 Figura 13 - Drum drying Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. Figura 14 - Spray drying Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. Figura 15 – Secador a vácuo Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. Algumas considerações podem ser feitas na comparação entre essas tecnologias, conforme resumido no quadro abaixo: Tecnologia Tipo de secagem Tipo de produto Velocidade de secagem Tipo de alimento Desidratação por tambor Contínua Pastoso Rápida Tubérculos e grãos Desidratação por spray Contínua Líquido ou pastoso Rápida Leite, café, suco de frutas, extratos vegetais Desidratação a vacuo Contínua ou Batelada Pastoso, líquido ou pedaços Rápida ou Lenta Alimentos com alto teor de sólidos (xaropes, extrato de carne), vegetais, carnes, tubérculos Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 23 2.6. Desidratação de vegetais A desidratação de vegetais consiste na remoção da água por evaporação ou sublimação, dependendo da tecnologia; sendo que a qualidade do produto final vai depender basicamente dos aspectos relacionados à qualidade da matéria-prima, e dos cuidados que se deve ter durante as etapas do processo. A condição inicial da matéria prima pode também impactar fortemente no custo do produto acabado, no que se refere tanto com o grau de dificuldade da etapa de preparação quanto no rendimento final do produto. As mais diversas matérias-primas podem ser desidratadas, tais como cenoura, batata, mandioquinha, mandioca, couve, repolho, brócolis, inhame, etc. O corte pode ser fatias, cubos, rodelas, palitos, flocos; e após desidratado, o vegetal poderá se manter na forma do corte original ou ser moído como pó ou granulado. O processamento de vegetais desidratados é feito contemplando as seguintes etapas: » Recebimento e inspeção da matéria-prima: os vegetais devem estar no ponto adequado de maturação no momento do processamento. » Seleção: é feita uma seleção prévia, classificação e limpeza, para separar as partes injuriadas. » Higienização: é feita uma lavagem com água corrente, sendo comumente utilizados banhos com água clorada para reduzir a carga microbiana. Os tuberculos, como mandioquinha e batata, passam por descascamento, que pode ser por processo mecânico ou por temperatura. Dos folhosos, retira-se a raiz e os talos, de acordo com a característica desejada para o produto final. » Nova Seleção: após esta etapa é feita uma segunda seleção onde são corrigidas imperfeições dos vegetais, tais como retirada de pontos pretos, residual de cascas, folhas amareladas e lesões. » Nova higienização: os vegetais são então submetidos a uma segunda lavagem e seguem para a etapaseguinte. » Corte: deve ter o máximo de uniformidade possível para proporcionar uma melhor padronização das condições de secagem. Uma despadronização no corte por provocar um não homogeneidade no teor de umidade levando ao risco de crescimento microbiano em parte do produto. » Branqueamento: consiste em um cozimento parcial, usualmente com vapor ou água quente, tendo por objetivo desnaturar as enzimas responsáveis por reações indesejáveis no alimento, como escurecimento e/ou oxidação durante o processamento e armazenamento. A eficiência do tratamento é medida através do grau de inativação enzimática. A enzima normalmente utilizada para avaliar a eficiência do processo nos vegetais é a peroxidase, pela sua maior resistência ao calor. O branqueamento melhora as características pós-desidratação e minimiza alterações adversas durante a secagem e armazenamento do produto acabado. Outros benefícios do branqueamento são: redução do tempo de desidratação, por tornar as membranas celulares mais permeáveis à transferência de umidade; remoção de ar intracelular dos tecidos; amaciamento da textura; retenção de carotenóides e ácido ascórbico durante o armazenamento; redução da carga microbiana; redução do tempo de reidratação. O tempo de exposição do vegetal ao pré- tratamento varia de 2 a 10 minutos, seguido de uma etapa de resfriamento, necessária para estabilizar o grau do tratamento, evitando superaquecimento que leva à variação na padronização da textura do alimento. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 24 Após o pré-tratamento, o vegetal está pronto para a etapa de desidratação. Existem diversos tipos de secadores e métodos de desidratação, sendo que cada um deles se aplica melhor para cada situação em particular. A escolha de um determinado tipo se dá 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. 2.6.1. Tecnologias para desidratação de vegetais As tecnologias mais usuais para processar vegetais são: desidratação por circulação de ar quente, desidratação a vácuo, desidratação por cilindro rotativo (drum drying) e liofilização (freeze drying). O desenho abaixo ilustra bem a faixa de operação (pressão x temperatura) de cada uma das tecnologias dentro do diagrama de fases da água. Figura 16 – Diagrama das fases da água Fonte: Liotécnica Tecnologia de Alimentos Ltda. » Desidratação por circulação de ar quente: Neste método, ar quente circula em contato com o material úmido provocando a retirada da água. O tipo de equipamento pode ser contínuo ou por batelada, e a secagem se dá por convecção sendo a água é eliminada por evaporação, sob condição atmosférica. São 4 os fatores importantes para seu sucesso: propriedades físicas do vegetal (especialmente tamanho da partícula),a distribuição do produto no secador, propriedades físicas do ar (temperatura, umidade e velocidade) e desenho do equipamento para permitir a troca de calor eficiente. O ciclo de secagem dura em torno de 3 a 5 horas com temperatura de 60 a 90°C. O vegetal na forma seca tem de 2 a 8% de umidade, e pode ser reidratado através de cocção ou simples adição de água quente (folhosos). » Desidratação a vácuo: A desidratação a vácuo consiste em secar o produto utilizando a combinação de aquecimento e vácuo. A transferência de calor se dá por condução e radiação, ou seja, o calor é transportado da placa de aquecimento para a bandeja contendo o alimento por condução, sendo que o alimento é submetido à transferência de calor por radiação proveniente da placa logo acima. O equipamento mais simples utilizado nesta tecnologia de secagem é o de bandejas funcionando no sistema de bateladas, no entanto sistemas contínuos de secagem são empregados quando os volumes processados são grandes. Este processo permite a obtenção de produtos de alta qualidade processo o produto mantém mais facilmente suas características, pois a temperatura durante o processo se mantém torno de 30 a 60°C, num tempo que varia de 6 a 8 horas. Numa condição sob vácuo, a evaporação da água ocorre em temperaturas mais brandas, resultando num produto final com teor de umidade de 2 a 8%. » Drum Drying (Secagem por cilindro rotativo): Processo muito utilizado em vegetais com alto teor de amido e que seca utilizando a condução de calor e pressão atmosférica ou vácuo. A massa é distribuída em uma fina camada sobre toda a superfície do cilindro rotativo aquecido internamente por vapor, através de Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 25 um rolo que gira em sentido contrário ao do cilindro. Essa fina camada perde umidade e é raspada, já seca, por uma lâmina raspadora, liberando o produto no formato de finos flocos, que são padronizados de tamanho por um moinho ou granulados posicionado na linha de processo. » Liofilização: Também conhecida como secagem a frio, trabalha com condução e radiação para fornecer o calor, em câmaras sob condição de alto vácuo. Como nos demais processos, o alimento é previamente submetido de preparo (lavagem, seleção, descasque, branqueamento, corte), seguida da etapa de congelamento. O cuidado na etapa de congelamento é de extrema importância para garantir um produto liofilizado de qualidade. ,A manutenção do formato original, característica do processo de liofilização, está diretamente relacionado com o processo de congelamento, o qual deve ser rápido para propiciar a formação de pequenos cristais de gelo, preservando a membrana celular e evitando a perda do material citoplasmático que leva ao encolhimento do produto. Trataremos mais profundamente da liofilização de alimentos em aula específica. 2.7. Desidratação osmótica 2.7.1. Conceitos Nos últimos anos houve uma grande mudança nos padrões de consumo e a preferência por alimentos levemente transformados ou minimamente processados tem aumentado. Um dos processos que possibilitam a obtenção de produtos levemente transformados é a desidratação osmótica. A pesquisa na área de desidratação de frutas tem sido direcionada na busca de métodos, que proporcionem produtos com poucas alterações em suas características sensoriais e nutritivas de baixo custo. A desidratação osmótica de frutas apresenta vantagens sobre alguns outros métodos, tais como minimizar os danos causados pelo calor à cor, à textura e ao sabor, e diminuir o escurecimento enzimático, não havendo necessidade de outros tratamentos químicos, como por exemplo, tratamento com dióxido de enxofre. A melhoria da qualidade dos produtos osmo- desidratados não está somente relacionada à remoção da água, mas também à impregnação de solutos. Com a correta escolha de solutos e uma relação equilibrada e controlada da remoção de água e da impregnação do soluto desidratante, é possível proporcionar uma maior estabilidade dos atributos sensoriais da fruta, evitando o uso de aditivos . A desidratação osmótica de alimentos consiste na remoção parcial de água pela pressão ocasionada quando se coloca o produto em contato com uma solução hipertônica e solutos (açúcar ou sal), diminuindo assim a atividade de água e aumentando a sua estabilidade, em combinação com outros fatores como controle de pH, adição de anti-microbiano, etc. Devido à diferença de concentração entre o agente osmótico e a fruta, são criados dois fluxos simultâneos em contra corrente, através das paredes celulares: » Da água que sai da fruta para a solução - o mais importante do ponto de vista da desidratação; » Do soluto da solução para a fruta. Essas transferências estão demonstradas na figura abaixo. Figura17: Fluxos de transporte de massa na desidrata;’ao osmótica Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 26 Uma vantagem da desidratação osmótica é o tempo de vida útil do produto, apresentando boa estabilidade microbiologia por até 180 dias, com boa aceitação durante todo o período de armazenamento. A desidratação osmótica é uma alternativa para o aproveitamento do excesso de produção, além de possibilitar o consumo do produto nos períodos de entre safra. Com isso é possível obter produtos de alta qualidade e alto valor agregado, valorizando então a agricultura familiar, ou seja, os pequenos produtores rurais. Analisando o valor do alimento desidratado osmoticamente, nota-se que o sabor é mais adocicado do que a fruta que não passou pelo mesmo processo. Essa tecnologia proporciona maior estabilidade na cor e na retenção de vitaminas. Existe ainda o sub aproveitamento da calda deste processo para a fabricação de licores, vinagres e outros produtos. É uma alternativa barata, acessível e eficiente, que possibilita a redução das perdas pós colheita e o aumento do valor agregado do valor final para as frutas e verduras produzidas. Figura 18: Pêssegos desidratados usando uma calda de sacarose Fonte: http://alceste.cidadevirtual.pt/images/7e.GIF A grande limitação do processo tem sido estabelecer em que essa tecnologia simples possa ser usada de forma a não gerar resíduos e sim co-produtos. Acredita-se que a desidratação osmótica, juntamente com a secagem convectiva, é um processo que permite a obtenção de frutas com melhor estabilidade de cor e textura e aumento da vida de prateleira, em relação ao produto seco convencionalmente e armazenado em temperatura ambiente. 2.7.2. Tecnologia empregada O processo de desidratação osmótica, também denominado desidratação impregnação por imersão, ou ainda, pré-tratamento osmótico consiste em remover água do alimento por efeito da pressão osmótica, o que ocorre por imersão do produto em uma solução hipertônica de um ou mais solutos (agente desidratante), durante um tempo e temperatura específicos. Nesse processo há incorporação de sólidos, aumentando assim sua concentração no material, e, há diminuição da atividade de água e consequente diminuição da deterioração do alimento. Em consequência dos gradientes de concentração da água e do soluto ocorrem dois fluxos principais em contracorrente por meio das paredes celulares: um fluxo de água difundindo-se desde o interior do produto até a solução e um fluxo em direção oposta, da substância desidratante difundindo-se desde a solução até o produto. Além desses dois fluxos principais, ocorre também um terceiro fluxo, que embora não tenha influência significativa na transferência de massa, poderá afetar as propriedades sensoriais e nutricionais do produto final. O pré-tratamento osmótico permite o melhoramento das propriedades dos alimentostais como: redução da injúria térmica, melhorando a qualidade da textura, a retenção das vitaminas e a estabilização da cor sem adição de sulfitos. É empregado como um pré- processamento a outras operações unitárias como a secagem e o congelamento Atualmente, o uso da desidratação osmótica como tratamento preliminar visa melhorar a qualidade do alimento desidratado, e não apenas remover água do produto. A desidratação osmótica permite tanto a remoção de água do produto, quanto a modificação de suas propriedades físico-químicas pela impregnação de solutos (sólidos) desejados. Essa técnica em associação à secagem em estufa leva a obtenção de produtos com melhores características sensoriais. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 27 2.7.3. Aplicação em frutas » Melão Na figura abaixo, o resultado da desidratação do melão, cuja composição, obtido de acordo com o processo, irá apresentar variações dentro das características iniciais da matéria-prima utilizada. Pode-se estimar que o produto terá aproximadamente atividade de água de 0,75, umidade de 16% e pH de 5,4, podendo ser armazenado à temperatura ambiente (28ºC), permanecendo apto ao consumo por pelo menos 180 dias. FIGURA 19: Melão desidratado por pressão osmótica Fonte: http://migre.me/cs4XS » Banana A desidratação osmótica de frutas, seguida de secagem com ar quente, liofilização, ou outro processo de conservação tem sido objeto de pesquisa na procura por métodos que proporcionem, além de baixo custo, produtos estáveis, que conservem com pouca alteração suas características nutritivas e sensoriais. Considerando-se as limitações tecnológicas dos processos tradicionais para produção de banana passa com uma qualidade padrão, a desidratação osmótica surge como uma opção à padronização desse processo, para obtenção de um produto com textura, cor e sabor adequados, além de possibilitar redução de perdas pós-colheita aos pequenos e médios produtores. O produto obtido apresenta pH próximo de 4,0, sólidos solúveis totais na faixa compreendida entre 70 a 75 ºBrix, atividade de água entre 0,70 e 0,80, teor de umidade entre 15% e 25%, enquadrando-se na faixa estabelecida para frutos com umidade intermediária, sendo esse produto estável por até quatro meses armazenado à temperatura ambiente. FIGURA 20: Banana desidratada osmoticamente, seguida por secagem em estufa Fonte: http://migre.me/cs54o » Goiaba O produto de goiaba obtido por desidratação osmótica seguida de fritura apresentará características físico- químicas dependentes das condições iniciais do fruto, mas deve-se esperar atividade de água próxima de 0,75; umidade em torno de 22%, pH de 3,5 e teor de lipídeos de 2,5%. Nessas condições, a goiaba é caracterizada como um produto de umidade intermediária e armazenada à temperatura ambiente (~28 ºC) deverá permanecer estável por pelo menos 120 dias. FIGURA 21: Goiaba sem desidratada Fonte: http://migre.me/cs58k Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 28 Perceba, na figura abaixo, o fluxo geral da utilização do processo de desidratação osmótica para frutas e vegetais. FLUXOGRAMA DA ELABORAÇÃO DE PRODUTOS A PARTIR DA DESIDRATAÇÃO OSMÓTICA Figura 21 – Fluxograma da desidratação osmótica Fonte: G&DR • v. 3, n. 3, p. 212-226, set-dez/2007 3. Desidratação de grãos e cereais A secagem é uma das etapas do pré-processamento dos produtos agrícolas que tem por finalidade retirar parte da água neles contida. É um processo simultâneo de transferência de calor e massa (umidade) entre o produto e o ar da secagem. A remoção da umidade deve ser feita em um nível tal que o produto fique em equilíbrio com o ar do ambiente onde será armazenado e deve ser feita de modo a preservar as aparências, a qualidade nutritiva e, no caso de grãos, a viabilidade como semente. Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 29 Durante a secagem, a retirada da umidade é obtida pela movimentação da água, decorrente de uma diferença de pressão de vapor d’água entre a superfície do produto a ser secado e o ar que o envolve. A condição para que um produto seja submetido ao processo de secagem é que a pressão de vapor sob a superfície do produto seja maior do que a pressão do vapor d’água no ar de secagem. A velocidade de secagem de um produto depende, além do sistema de secagem utilizado, das características de secagem do grão, individualmente. Para grãos pequenos, a velocidade de secagem é maior do que para grãos de grandes dimensões. Grãos desprovidos de camadas protetoras (sementes nuas) secam mais rapidamente do que aqueles que apresentam a estrutura integral. Faz-se necessária a separação dos grãos baseando- se em parâmetros similares de tamanho, maturação e condição física. A importância da secagem de produtos agrícolas aumenta a medida que cresce a produção, devido às seguintes vantagens: » permite antecipar a colheita, disponibilizando a área para novos cultivos; » minimiza a perda do produto no campo; » permite o armazenamento por períodos mais longos, sem o perigo de deterioração do produto; » o poder germinativo é mantido por longos períodos; » impede o desenvolvimento de micro-organismos e insetos; 3.2. Sistemas de Secagem Existem inúmeros sistemas diferenciados para se proceder a secagem e estes podem ser classificados de acordo com a sua tecnologia, conforme vemos na figura abaixo: Sistemas de secagem Natural - no campo, na própria planta Artificial Ventilação Natural Terreiros e paióis Secagem Solar Outros Ventilação Forçada Ar Natural Altas Temperaturas Quanto aos fluxos Camada fixa Cruzados Concorrentes Contra-correntes Cascata Rotativo Fluidizado Solar híbrido Quanto à operação Intermitentes Cintínuos Baixas Temperaturas Sistemas Combinados Seca-aeração Convecção Tabela - Sistemas de secagem de grãos Figura 22: Classificação dos sistemas de secagem (Adaptado de: BROOKER et al., 1992). Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 30 a) Secagem natural: este método baseia-se na secagem do produto no campo, naturalmente, sem interferência do homem. É amplamente empregado em regiões tropicais subdesenvolvidas e/ou em desenvolvimento. O desconhecimento de técnicas mais modernas, a simplicidade dos agricultores e o clima favorável são razões mais comuns para a utilização dessa técnica. Além disso, o custo desta técnica é quase nulo. O início do processo de secagem ocorre logo após a maturação fisiológica do produto, quando este apresenta elevado teor de umidade. A movimentação do ar é feita pela ação do vento e a energia para a evaporação da umidade provém do potencial de secagem da energia solar incidente. A desvantagem desta técnica é que, embora atinja o teor de umidade necessário para ser armazenado, o grão fica susceptível a pragas, ao tombamento de plantas e a intempéries, que contribuem para reduzir a qualidade e geram grandes perdas do produto, além de ocupar o local de cultivo por muito tempo, o que prejudica novas plantações. b) Secagem artificial com ventilação natural, em terreiro: difere da secagem natural simplesmente pelo produto ser retirado da planta e espalhado em camadas de espessura inferior a 5 cm, em um pátio previamente preparado, que pode ser de concreto, asfalto, alvenaria ou de terra batida. A energia utilizada é proveniente da radiação solar. Além do café, no Brasil, o cacau também utiliza esta técnica. Apresenta como desvantagem a dependência dos fatores climáticos, que se forem desfavoráveis, retardamo processo e propiciam a infecção do produto por micro-organismos. É um método econômico. c) Secagem artificial com ventilação forçada: a secagem de grãos em silos com ventilação forçada utilizando apenas ar natural ou com baixa temperatura é um processo lento. A baixa velocidade de secagem é devida ao pequeno fluxo de ar insuflado na massa de grãos e à dependência da capacidade de secagem do ar em estado natural. Por ser realizada em silo, é também entendida como secagem durante o armazenamento, pois, após a secagem, o produto pode permanecer armazenado no mesmo silo. O silo secador-armazenador deve ter algumas características: piso de chapa metálica perfurada, com no mínimo 15% de área perfurada para a distribuição uniforme do ar; ventilador deve fornecer quantidade de ar suficiente para realizar a secagem de toda a massa de grãos sem que ocorra deterioração, conforme pode se observado na figura abaixo: Figura 23: Silo para secagem artificial com ar natural ou com baixas temperaturas Fonte: http://migre.me/cs5NY Este processo pode ser muito lento devido à pequena quantidade de ar por unidade de massa de grãos, além disso, baixas temperaturas do ar diminuem a capacidade de evaporação da água do produto, portanto, o processo é dificultado em regiões de alta umidade relativa. Podem ser utilizadas, adicionalmente, fontes suplementares de aquecimento (fornalha, resistência elétrica, entre outras) para contornar este problema, porém acarretará custo extra. Método econômico e eficiente. d) Secagem com altas temperaturas: este processo baseia-se na propriedade pela qual, aumentando-se a temperatura do ar úmido, a umidade relativa diminui e, consequentemente, a capacidade do ar em absorver umidade aumenta. Geralmente, o ar é forçado a passar através do secador por meio de um ventilador. Depois Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 31 de ter entrado em contato com o produto, o ar deixa o secador com uma temperatura mais baixa e uma umidade relativa mais elevada. A secagem artificial com altas temperaturas é uma técnica muito utilizada em fazendas, indústrias de transformação, unidades armazenadoras- coletoras e intermediárias do mundo inteiro. Entretanto, o uso de secadores mecânicos a altas temperaturas tem ficado restrito às regiões de maior desenvolvimento agrícola, visto que o investimento inicial em alguns desses equipamentos é proibitivo para pequenos produtores. As vantagens do uso de secagem com altas temperaturas é a rapidez do processo e o fato de não depender das condições climáticas locais. Porém existem certos parâmetros que podem influenciar a taxa e a velocidade de secagem do produto, tais como: a temperatura e umidade relativa do ar ambiente; a temperatura e fluxo do ar de secagem; a umidade inicial do produto; o fluxo do produto no secador e outros; Dentre os secadores artificiais de altas temperaturas, destacam-se: » os de camada fixa horizontal (produto permanece num compartimento de fundo perfurado, por onde passa o ar de secagem bem quente, insuflado por um ventilador), » os de camada fixa vertical (produto permanece em colunas verticais e são submetidos à um fluxo e ar quente perpendicular ao produto), » os de fluxo contracorrentes (técnica em que grãos, dentro do silo, movimentam-se em sentido contrário ao fluxo de ar), » os de fluxos concorrentes (em que ar e produto movimentam-se no mesmo sentido dentro do secador), » os largamente empregados no Brasil, chamados de fluxos mistos (constituído por uma séria de calhas invertidas, dispostas em linhas alternadas, onde o produto se movimenta para baixo entre as calhas, sob ação da gravidade), » os secadores rotativos (formados por cilindros tubulares que giram em torno do seu eixo), » os secadores por convecção natural (em que o ar movimenta-se por convecção natural, dispensando o uso de ventiladores e sendo uma boa solução para o pequeno produtor), » os secadores de leito fluidizado (em que o ar de secagem atravessa uma placa perfurada, provocando turbulência no produto que começa a flutuar sobre a placa), os secadores contínuos (em que o grão fica constantemente sob a ação do calor, até que seu teor de umidade atinja um valor desejado), » os secadores intermitentes (o grão passa várias vezes pelo interior do secador antes de completar a secagem, sofrendo a ação do calor durante pequenos e intercalados intervalos de tempo). e) Secagem artificial por ventilação forçada com sistemas combinados: esta técnica utiliza secadores em altas temperaturas enquanto o produto apresenta teor de umidade mais elevado e, a partir desse ponto, transferir o produto quente para um sistema de baixa temperatura, onde a secagem será completada. Além da redução substancial de energia requerida para a secagem, o sistema em combinação pode dobrar a capacidade dinâmica dos secadores e aumentar a eficiência térmica de secagem. As câmaras de resfriamento dos secadores são convertidas em câmaras de secagem, o que aumenta a capacidade dos secadores de altas temperaturas. Nesta técnica, o consumo de energia total requerida é reduzido em até 50% e podem dobrar a capacidade dos secadores de altas temperaturas. f) Secadores artificiais por ventilação forçada com sistema de seca-aeração: neste sistema, há uma modificação do sistema convencional de secagem em alta temperatura, com a finalidade de reduzir o consumo de energia, aumentar a capacidade de secagem e reduzir os danos Tecnologia para a obtenção de alimentos liofilizados I www.posugf.com.br 32 térmicos causados pela exposição do produto, por longos períodos de tempo, a altas temperaturas. O produto é secado até 2,5 pontos percentuais acima do teor de umidade recomendado para o armazenamento. Não utilizando a câmara de resfriamento, o produto ainda quente é transferido para um silo auxiliar, onde permanece em descanso para que o calor residual redistribua a umidade em todo o interior do grão, facilitando a retirada de umidade em excesso quando for aplicada uma aeração com baixos fluxos de ar. g) Secagem artificial por convecção: um dos métodos mais comuns, onde o calor sensível é transferido para o produto por convecção. O agente de secagem (ar pré-aquecido) passa sobre ou através do sólido, evaporando a umidade e transportando-a para fora do secador (Figura 3). Tendo em mente o aumento da eficiência térmica e a economia de energia, uma recirculação total ou parcial do ar de secagem é também muito utilizada. As condições de secagem podem ser controladas pela temperatura e umidade do ar aquecido. Figura 24: Secagem por convecção sem circulador de ar fonte: http://migre.me/cs6s6 3.3. Resfriamento No processo de resfriamento, o ar frio e seco tem sua passagem forçada pela massa de grãos armazenados em silos, que podem ser de diferentes tamanhos. Normalmente, uma vez que o grão tenha sido resfriado, ele assim permanece por vários meses. Além da redução de custos de secagem, de reduzir perdas fisiológicas pela respiração do grão e de manter alta qualidade, o resfriamento do grão oferece excelente proteção contra insetos. 4. Legislações pertinentes A legislação de alimentos vigente no Brasil, na maioria das vezes não está organizada em função das tecnologias de processamento aplicadas aos alimentos. Os produtos de origem animal estão sob as normas do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento - MAPA, enquanto que os de origem vegetal e a maioria dos industrializados está sob normatização da Ministério da Saúde – MS, por meio da ANVISA- Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Na área de alimentos, a ANVISA coordena, supervisiona e controla as atividades de registro, informações,
Compartilhar