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CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU” (ESPECIALIZAÇÃO) A DISTÂNCIA Processamento e Controle de Qualidade de Produtos de Origem Animal - PCQ PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS Alcinéia de Lemos Souza Ramos Eduardo Mendes Ramos Paulo Rogério Fontes Universidade Federal de Lavras - UFLA Lavras – MG 2014 Ficha Catalográfica preparada pela Divisão de Processos Técnicos da Biblioteca Central da UFLA Governo Federal Presidente da República: Dilma Vana Rousseff Ministro da Educação: José Henrique Paim Fernandes Universidade Federal de Lavras Reitor: José Roberto Soares Scolforo Vice-Reitora: Édila Vilela Resende von Pinho Pró-Reitora de Pós-Graduação: Alcides Moino Júnior Pró-Reitor Adjunto Lato Sensu: Daniel Carvalho de Rezende Centro de Educação a Distância Coordenador Geral: Ronei Ximenes Martins Coordenador Pedagógico: Warlley Ferreira Sahb Coordenador de Projetos: Daniel Carvalho de Rezende Coordenadora de Apoio Técnico: Fernanda Barbosa Ferrari Coordenador de Tecnologia da Informação: André Pimenta Freire Processamento e Controle de Qualidade de Produtos de Origem Animal – PCQ – Luiz Ronaldo de Abreu SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 1 2 HISTÓRIA DOS PROCESSOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS .................................... 4 3 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES EM ALIMENTOS ....................................................................... 12 3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS ALIMENTOS SEGUNDO A FACILIDADE COM QUE SE ALTERAM .......................................................................................................................................... 13 3.2 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DOS ALIMENTOS ............................................................ 14 3.3 CRESCIMENTO MICROBIANO ........................................................................................... 14 3.4 AÇÃO DAS ENZIMAS PRESENTES NOS ALIMENTOS .................................................. 15 3.5 ALTERAÇÕES QUÍMICAS NÃO ENZIMÁTICAS ...................................................... 151516 3.6 PRINCÍPIOS EM QUE SE BASEIA A CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS ..................... 20 3.7 MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS ........................................................... 21 4 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO FRIO ........................................................................ 23 4.1 PRINCÍPIOS DA REFRIGERAÇÃO ..................................................................................... 25 4.2 REFRIGERAÇÃO E ESTOCAGEM REFRIGERADA ........................................................ 26 5 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO CALOR .................................................................... 35 5.2.3 ESTERILIZAÇÃO ............................................................................................................ 414142 5.3 CINÉTICA DO TRATAMENTO TÉRMICO .......................................................................... 42 5.4 TRATAMENTOS TÉRMICOS UTILIZADOS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS ............. 47 6 FERMENTAÇÃO ............................................................................................................................ 52 6.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 53 6.2 TIPOS DE FERMENTAÇÃO .............................................................................................. 545455 6.2.1 FERMENTAÇÃO LÁTICA ...................................................................................................... 55 6.2.2 FERMENTAÇÃO PROPIÔNICA ............................................................................................ 55 6.3 PRODUTOS FERMENTADOS DE ORIGEM ANIMAL DESENVOLVIDOS NO MUNDO .................................................................................................................................................... 555556 7 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS POR DESIDRATAÇÃO ..................................................... 60 7.1 PREPARO E DESSECAÇÃO DE ALIMENTOS ................................................................. 61 7.1.1 PULVERIZAÇÃO ............................................................................................................... 61 7.1.2 SECADORES DE TAMBOR (DRUM DRYER) ................................................................ 63 7.1.3 LIOFILIZAÇÃO ................................................................................................................... 63 7.2 INSTANTANEIZAÇÃO .......................................................................................................... 64 8 IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS ................................................................................................... 66 8.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 67 8.2 IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS ................................................................................... 686869 8.3 FONTES DE RADIAÇÃO .............................................................................................. 696970 8.4 DOSES E EFEITOS DA RADIAÇÃO ................................................................................... 70 8.5 PROCESSOS USADOS NA RADIAÇÃO ............................................................................ 71 8.6 INATIVAÇÃO MICROBIANA NOS ALIMENTOS ............................................................... 72 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................ 76 PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 1 1 INTRODUÇÃO PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 2 A preocupação com a qualidade e segurança dos alimentos é cada vez mais uma questão preocupante no contexto mundial. Essa preocupação com a qualidade e segurança alimentar tem sido focada nas etapas de produção devido aos grandes riscos atribuídos aos alimentos, por exemplo, contaminação microbiana (bactérias, vírus, parasitas e outros), contaminação química (agrotóxicos, metais pesados, toxinas). Todo alimento apresenta algum grau de deterioração durante o período entre a colheita e o consumo, que pode acarretar na perda das qualidades sensoriais e de valor nutricional, ou no crescimento de microrganismos patogênicos. Assim, o objetivo principal dos métodos de conservação é minimizar as alterações do produto prevenindo alterações a níveis indesejáveis. Como os componentes orgânicos e inorgânicos que formam os alimentos são, normalmente, sensíveis às variáveis do meio ambiente, estas alterações são afetadas por fatores físicos, químicos e biológicos. Entre estes fatores podem ser destacados: temperatura (altas e baixas), luz e outras radiações, oxigênio, ambientes úmidos ou secos, enzimas, microrganismos, contaminações e, em especial, o tempo. Mesmo com o conhecimento e aplicação dos diferentes métodos de preservação, alterações nos alimentos continuam a acontecer. É a velocidade destas transformações que irão definir a vida de prateleira de um produto. O Quadro 1 apresentaa vida de prateleira de alguns alimentos quando armazenados a 21ºC. Normalmente, alimentos que apresentam baixa umidade, alta concentração de açúcar, ácido ou sal, ou alimentos que foram submetidos a tratamentos específicos, apresentam maior tempo de vida de prateleira. QUADRO 1: Vida de prateleira de alguns alimentos armazenados à temperatura de 21oC. Produto Tempo (dias), à 21oC Carne in natura 1 - 2 PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 3 Peixe in natura 1 - 2 Frango in natura 1 – 2 Carne e peixe salgados, secos e defumados 360 ou mais Frutas in natura 1 – 7 Frutas secas 360 ou mais Vegetais frescos 1 – 2 Raízes 7 – 20 Sementes secas 360 ou mais Fonte: Desrosier e Desrosier (1977). O termo “vida de prateleira” está diretamente relacionado com método de conservação, com condições de estocagem e com as características de aceitabilidade do produto pelo consumidor. A aceitabilidade pelo consumidor varia com a pessoa e, em especial, com a sua cultura. Para um grande número de alimentos, a aceitabilidade está relacionada com características microbiológicas e, ou sensoriais que podem ser modificadas devido à deterioração dos alimentos. Assim, um processo de preservação eficiente é aquele que elimina ou minimiza a níveis aceitáveis, os fatores causadores de deterioração do alimento. Um dos mais importantes aspectos da Ciência de Alimentos é o entendimento e o controle do processo de deterioração do alimento. Vale ressaltar que um grande número de produtos processados que existem hoje surgiu como forma de preservar o alimento, como os produtos desidratados, defumados, queijos, produtos fermentados, entre outros. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 4 2 HISTÓRIA DOS PROCESSOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 5 A primeira pessoa a indicar o papel dos microrganismos na alteração dos alimentos foi Kircher, um monge, que em 1658 examinou cadáveres em decomposição, carne, leite e outras substâncias e viu o que denominou “vermes” invisíveis a olho nu. Entretanto, como suas descrições careciam de precisão, suas observações não tiveram uma ampla aceitação. Somente em 1860, Louis Pasteur conseguiu compreender e demonstrar o papel dos microorganismos na alteração dos alimentos. Pasteur demonstrou que o azedamento do leite era produzido por microrganismos e que o calor era capaz de destruir microrganismos indesejáveis existentes no vinho e na cerveja. Entretanto, mesmo antes de Pasteur, diversos experimentos buscavam formas para conservar os alimentos, muitos deles impulsionados pelas guerras. Em 1756, Spallanzani demonstrou que o caldo de carne de vaca que havia sido submetido à ebulição durante uma hora, e que havia ficado fechado, permanecia estéril e não se estragava. Spallanzani realizou este experimento para refutar a teoria da geração espontânea da vida. Porém não convenceu quem sustentava esta teoria visto que estes acreditavam que seu tratamento eliminava o oxigênio, elemento que consideravam indispensável para a geração espontânea. No final do século XVIII, com a França em guerra e preocupado com a qualidade dos alimentos distribuídos para os soldados, Napoleão ofereceu um prêmio para aquele que desenvolvesse um método que garantisse a qualidade das rações alimentares utilizadas pelos soldados. Naquela ocasião, Nicolas Appert descobriu que, se um alimento fosse suficientemente aquecido em um contêiner fechado, o alimento seria preservado. Appert recebeu, em 1809, um prêmio de 12.000 francos pela descoberta. Em 1810 publicou o livro “O Livro de Utilidades Domésticas: a Arte de Preservar Substâncias Animais e Vegetais por Muitos Anos”. Logo em seguida, em 1810, um inglês, Peter Durand, tirou patente de um produto similar, mas empregando a lata. Era um recipiente confeccionado de chapa de ferro recoberta de estanho. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 6 Por não ser científico, Appert provavelmente desconhecia a importância em longo prazo de sua descoberta e por que razão era eficaz. Esta foi a origem do enlatado tal como se conhece hoje em dia. Este acontecimento teve lugar uns 50 anos antes de Pasteur demonstrar o papel dos microrganismos na alteração de vinhos franceses, avanço que deu origem ao descobrimento das bactérias. Em 1861, Winslow introduziu o uso da salmoura de cloreto de cálcio, conseguindo alcançar temperaturas de 116C, diminuindo assim o tempo de tratamento térmico. Porém, logo depois, Raymond Chevallier Appert, sobrinho de Nicolas, introduziu a esterilização em autoclaves pelo uso de vapor, que foi aperfeiçoada por A. K. Shriver, em 1874, nos EUA. Durante a segunda metade do século dezenove, como consequência das descobertas científicas da época, desenvolveu-se então a Bacteriologia, de enorme importância para a humanidade, e com ela a era científica da conservação dos alimentos. Nos quadros a seguir (Quadros 2 e 3) estão apresentados algumas datas e acontecimentos mais significativos na história da conservação de alimentos e das intoxicações causadas pela ingestão de alimentos. Alguns procedimentos que foram usados na luta contra a deterioração dos alimentos são da época não científica, de caráter empírico e feito por observações inteligentes e trouxeram uma grande contribuição para a ciência e a tecnologia na atualidade. Dentre estes procedimentos podem ser citados: 1. armazenamento em ambiente seco, limpo e fresco, para cereais, sementes, azeite, gorduras e açúcar; 2. dessecação pelo calor solar ou por proximidade do fogo; 3. defumação; 4. a salga e a cura, com ou sem dessecação; 5. a cocção em melado ou em xaropes; PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 7 6. a conservação em ácidos (vinagre), álcoois ou gorduras; 7. a fermentação lática; 8. o emprego de baixas temperaturas. Os progressos simultâneos da tecnologia, ao desenvolver máquinas e equipamentos mais perfeitos e instrumentos de controle mais exatos, fizeram possível a aplicação de recursos antes desconhecidos ou fora do alcance dos pesquisadores, facilitando o emprego em escala industrial de processos mais efetivos, tanto na esterilização comercial, como na desidratação, na refrigeração e no congelamento em grande escala. A ciência estudou o efeito do calor, do frio, da desidratação, a atividade das enzimas e dos distintos microrganismos e foram estabelecidas as condições ótimas para sua inativação, compatíveis com a manutenção dos caracteres organolépticos e o valor nutritivo. A ciência e a tecnologia têm permitido também aperfeiçoar os envases, melhorar os processos e criar instrumentos de controle exatos, tornando as condições atuais da indústria moderna muito diferente quando comparada com as condições de um século atrás. A difusão do conhecimento e dos progressos alcançados tem levado a um aumento constante de alimentos conservados praticamente livre de riscos e de intoxicações, e do prestígio da indústria que salva da destruição enormes quantidades de alimentos em benefício da humanidade. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 8 QUADRO 2: Desenvolvimento dos processos de conservação de alimentos. ANO PESQUISADOR/LOCAL DESCOBERTA 1782 Químico sueco Enlatado em vinagre 1810 Appert (França) Patenteou a conservação dos alimentos mediante o enlatamento 1810 Peter Durand Obteve uma patente britânicapara conservar alimentos em recipientes de vidro, de aço ou de outros metais. 1835 Newton Concessão de patente para fabricar leite condensado 1839 A.L.A. Fastier Patente francesa para utilizar uma solução de salmoura com o fim de elevar a temperatura de ebulição da água. 1841 S. Gldner e J. Wertheimer Obtiveram patentes britânicas para soluções de salmoura baseadas no método de Fastier. 1842 H. Benjamim Patenteou congelamento de alimentos por imersão em salmoura com gelo e sal. 1843 I. Winslow Primeiro a experimentar a esterilização mediante vapor. 1853 R. Chevalier-Appert Obteve patente para esterilizar alimentos em autoclave. 1854 Pasteur Inicia suas investigações em vinho. O aquecimento para eliminar os microrganismos indesejáveis foi utilizado em escala comercial em 1867-1868. 1855 Grimwade (Inglaterra) Foi quem primeiro fabricou leite em pó. 1850 Gail Borden(EEUU) Patente para produzir leite condensado açucarado. 1861 Salomon Introduziu o uso de soluções de salmoura. 1874 Inicio do uso extensivo de gelo no transporte de carne por via marítima. 1880 Inglaterra Inicia-se a pasteurização do leite. 1882 Krukowitsch Observou o efeito letal do ozônio sobre as bactérias causadoras de alterações. 1916 R. Plank, E. Ehrenbaum e K. Reuter (Alemanha) Conseguiram o congelamento rápido de alimentos. 1917 Franks Consegue uma patente para a conservação de frutas e hortaliças em atmosfera de CO2. 1920 Bigelow e Esty Bigelow, Bohart, Richardson e Ball Publicaram o primeiro estudo sistemático da termorresistência dos esporos a temperatura superiores a 212 o F. Publicaram o método geral para calcular os tratamentos térmicos; este método foi modificado por C.O. Ball em 1923. 1922 Esty e Meyer Determinaram que para os esporos de C. botulinum z=18 o F. 1929 França Uma patente é expedida para o uso de radiação de alta energia para o tratamento térmico de alimentos. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 9 1943 B.E. Proctor (Estados Unidos) Foi quem primeiro usou radiação ionizante para conservar a carne dos hamburgueres. 1950 Se generalizou o uso do valor D. 1954 Inglaterra Patenteou o uso do antibiótico nisina para ser utilizado em um queijo tratado industrialmente para controlar defeitos devidos a clostrídios. 1967 Estados Unidos Idealizada e instalada a primeira instalação comercial para irradiar alimentos. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 10 QUADRO 3: Intoxicações causadas pela ingestão de alimentos. ANO PESQUISADOR DESCOBERTA 1820 Justinus Kemer Descreveu a intoxicação por embutidos (que toda probabilidade era botulismo) e sua elevada taxa de mortalidade. 1857 W. Taylor de Penrith (Inglaterra) Incriminou o leite como transmissor da febre tifoide. 1870 Francesco Selmi Antecipou sua teoria da intoxicação por ptomainas para explicar a enfermidade contraída por ingestão de determinados alimentos. 1888 Gaertner Isolou pela primeira vez Salmonella enteritidis em carne que havia originado 57 casos de intoxicação alimentícia. 1894 T.Denys Foi quem primeiro relacionou os estafilococos com a intoxicação alimentaria. 1896 Van Emengem Descobriu o Clostridium botulinum. 1904 G.Landman Identificou a cepa do tipo A do Clostridium botulinum. 1906 Identificada a intoxicação por Bacillus cereus. 1926 Linden, Turner e Thom Fizeram a primeira descrição da intoxicação alimentaria por estreptococos. 1937 L.Bier e E. Hazen Identificaram a cepa E do Clostridium botulinum. 1937 Identificada a intoxicação paralítica por marisco. 1938 Illinois Foi atribuído ao leite casos de gastroenterites por Campylobacter. 1939 Schlefstein e Coleman Identificaram pela primeira vez a gastroenterite por Yersinia enterocolítica. 1945 McClung Primeiro a demonstrar o papel etiológico do Clostridium perfringens (welchii) nas intoxicações alimentares. 1951 Fujino (Japão) Demonstrou que Vibrio parahaemolyticus era um agente de intoxicações alimentares. 1955 S. Thompson Observou a semelhança entre o cólera e a gastroenterite por E.coli nas crianças. 1960 Moller e Scheibel Identificaram a cepa do tipo F de C. botulinum. Primeira informação sobre a produção de aflatoxina por Aspergillus flavus. 1965 Identificação da giardíase transmitida por alimentos. 1969 Gimenez e Ciccarelli Isolaram pela primeira vez o tipo G de C. botulinum. 1971 Maryland (Estados Unidos) Primeiro caso de gastroenterite por Vibrio parahaemolyticus de origem alimentício. 1975 L.R.Koupa; e R.H.Deibel Enterotoxina de Salmonella. 1976 Nova York Primeiro surto de gastroenterite por Yersinia enterocolitica. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 11 1978 Austrália Gastroenterite de origem alimentaria pelo virus Norwlk. 1979 Florida Gastroenterite de origem alimentícia por Vibrio cholerae do tipo no-01. Anteriormente Checoslováquia (1965) e na Austrália (1973). 1981 Estados Unidos Identificação de surto de listeriose transmitida por alimentos. 1982 Estados Unidos Primeiros surtos de colite hemorrágica de origem alimentícia. 1983 Ruiz-Palacios et al Descreveu a enterotoxina de Campylobacter. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 12 3 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES EM ALIMENTOS As deteriorações que podem ocorrer ao alimento, afetando sua qualidade, podem ser de divididas em dois tipos: química e biológica. A deterioração PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 13 química envolve as mudanças de qualidade induzidas por reações físico- químicas e, ou bioquímicas que ocorrem com ou sem a intervenção de fatores físicos, como oxigênio, dióxido de carbono, água, luz, etc. A deterioração biológica, por sua vez, refere-se às mudanças oriundas do desenvolvimento de agentes biológicos como bactérias, fungos, leveduras, parasitas e insetos. Ambos os tipos de deterioração resultam em mudanças nas propriedades sensoriais (sabor, textura, aparência, etc.) e no valor nutritivo (conteúdo de vitaminas, valor proteico, etc.) dos alimentos. Geralmente, estas deteriorações não ocorrem de forma isolada e a extensão de suas reações depende do tipo de alimento. Por exemplo, algumas frutas, como morangos, são facilmente deterioradas pela presença de fungos. Por outro lado, ervilhas perdem rapidamente seu sabor e apresentam uma textura indesejável, devido a reações induzidas por enzimas. 3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS ALIMENTOS SEGUNDO A FACILIDADE COM QUE SE ALTERAM A suscetibilidade do alimento à deterioração depende de sua composição química e das tecnologias empregadas em seu processamento. Assim, ao avaliarmos a facilidade com que os alimentos se deterioram, os mesmos podem ser classificados da seguinte forma: alimentos estáveis ou não alteráveis - são aqueles que não se alteram a não ser que sejam manipulados sem cuidado; alimentos semialteráveis - se estes alimentos são manipulados e armazenados adequadamente podem permanecer sem alteração por muito tempo, como batatas, nabos e nozes; alimentos alteráveis - neste grupo se incluem a maioria dos alimentos mais importantes que se consomem diariamente e que alteram com facilidade, a não ser quando se empregam métodos de conservação convenientes. As carnes, pescados, a maioria das frutas e hortaliças, os ovos e o leite pertencem a este grupo. A maior parte dos alimentos pode ser incluída com facilidade em um dos itens desta classificação; porém, existem alguns que por se encontrarem no limite entre os grupos são difíceis de seremclassificados. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 14 3.2 CAUSAS DAS ALTERAÇÕES DOS ALIMENTOS Os alimentos estão sujeitos a alterações causadas por diferentes agentes, que podem ser agrupados da seguinte forma: microrganismos, em especial, bactérias, fungos filamentosos e leveduras, não apenas devido ao crescimento como também pela simples atividade metabólica; atividade de enzimas presentes no alimento; reações químicas de formação de produtos indesejáveis ou de degradação de compostos importantes; infestação de insetos, parasitas e roedores; mudanças físicas, tais como as causadas por exposição do produto a temperaturas impróprias; ganho ou perda de umidade pelo alimento; danos mecânicos. Na quase totalidade dos casos, estes agentes não atuam isoladamente; várias formas de deterioração podem acontecer simultaneamente, a depender do alimento e das condições ambientais. As principais causas de alteração dos alimentos serão discutidas a seguir. 3.3 CRESCIMENTO MICROBIANO O tipo de alteração causada pelo desenvolvimento de microrganismos nos alimentos vai depender do tipo e da quantidade de microrganismos presentes, bem como do meio ambiente. A maioria dos alimentos crus contém uma grande variedade de microrganismos contaminantes como bactérias, leveduras e mofos. Devido às condições ambientais em que os alimentos são estocados, apenas uma pequena proporção dos microrganismos presentes se desenvolve. O desenvolvimento microbiano promove alteração do meio de forma a permitir PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 15 que outros microrganismos venham a se desenvolver. O maior problema com microrganismos em alimentos é decorrente da contaminação destes por microrganismos presentes no ambiente ou nos utensílios e manipuladores. Assim, a água de lavagem de manteiga pode conter bactérias de putrefação superficial; os equipamentos de uma fábrica podem contaminar os alimentos durante sua elaboração com microrganismos patogênicos; as máquinas lavadoras podem incorporá-los aos ovos e os barcos sujos podem contaminar o pescado. 3.4 AÇÃO DAS ENZIMAS PRESENTES NOS ALIMENTOS Muitas enzimas são indesejáveis no alimento e, por isso, devem ser inativadas. Como outras proteínas, as enzimas podem ser facilmente desnaturadas de várias maneiras, principalmente pelo calor. Assim, para inativar a maioria das enzimas basta aplicar temperaturas na ordem de 70º a 80º C, durante 2 a 5 minutos. Algumas enzimas importantes em alimentos estão citadas no Quadro 4. QUADRO 4: Relação de enzimas e suas características principais. Enzima Características Amilases Atuam sobre a ligação 1,4 de polímeros da glicose como o amido e o glicogênio, transformando-os em moléculas de menor tamanho. Invertases Atuam sobre a sacarose transformando-a em uma mistura de açúcares redutores (glicose e frutose). Lactase Atuam sobre a lactose, transformando-a em glicose e galactose. Pectinesterase Catalisa a remoção de grupos metoxílicos da molécula de pectina e de ácido pectínico para dar ácido péctico. Papaína Enzima proteolítica usada no amolecimento de carnes. É extraída do látex do mamoeiro. Renina Encontrada no estômago de bezerros, usada na elaboração de queijos. Glucose-Oxidase Oxida a glucose para ácido glucônico com a produção de água oxigenada. 3.5 ALTERAÇÕES QUÍMICAS NÃO ENZIMÁTICAS Entre as principais alterações químicas não enzimáticas encontram-se a oxidação lipídica e o escurecimento não-enzimático dos alimentos. Oxidação Lipídica PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 16 A oxidação lipídica é a principal causa de deterioração de vários alimentos, alterando sua qualidade sensorial (sabor, aroma, textura e cor), seu valor nutricional, sua funcionalidade e toxidez. Embora a oxidação se inicie na fração lipídica, outros componentes também são afetados, como proteínas, vitaminas e pigmentos. A oxidação pode ser definida como o processo no qual o oxigênio é adicionado ou hidrogênio, ou elétrons, é removido. O componente que é reduzido e ganha elétrons é o oxidante. Em alimentos, o oxidante mais comum é o oxigênio, embora outras substâncias químicas adicionadas ou endógenas possam também servir como oxidante. As reações de oxidação podem ser influenciadas por diversos fatores, como calor, luz, reações de ionização, traços de metal (cobre e ferro, principalmente), pelas metaloproteínas e pela lipoxigenase. No mecanismo de auto-oxidação ocorrem reações em cadeia, que podem ser separadas em três estágios denominados início, propagação e término. Início RH R• (Radical livre) Propagação R• + O2 ROO• (radical peroxil) ROO• + RH R• + ROOH (peróxido) Término ROO• + ROO• ROO• + R• produtos inativos R• + R• PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 17 O mecanismo de formação do primeiro radical livre ainda não está devidamente esclarecido, mas pode ser formado por irradiação, tratamento térmico e pela reação com íons metálicos. Por definição, radical livre são substâncias químicas que apresentam número ímpar de elétrons, sendo, portanto, altamente energéticos e instáveis, podendo ser formados pela ação direta de alguma fonte de energia externa (luz, calor e radiação). No período de propagação ocorrem as chamadas reações em cadeia. Teoricamente, a reação continua até que todo o oxigênio ou toda a molécula do ácido graxo (RH) tenham sido utilizados. No período final (término), os radicais reagirão entre si, para formar moléculas inativas. Escurecimento Não-Enzimático O escurecimento não-enzimático é o resultado da descoloração provocada pela reação entre a carbonila e os grupos amina livre, com formação do pigmento denominado melanoidina. Embora a reação de escurecimento não-enzimático ocorra principalmente entre açúcares redutores e aminoácidos ou proteínas, outras reações (como a degradação do açúcar, bem como a degradação oxidativa do ácido ascórbico e a adicional condensação com compostos carbonílicos formados ou com grupos amina presentes) também produzem pigmentos escuros. As reações de escurecimento químico não enzimático em alimentos estão associadas com o aquecimento e armazenamento e podem ser divididas em três mecanismos (Quadro 5). PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 18 Quadro 5: Mecanismos das reações de escurecimento não- enzimático. Mecanismo Req. O2 Req. NH2 pH Ótimo Prod. Final Maillard _ + Alcalino Melanoidina Caramelização _ _ Alcalino/Ácido Caramelo Oxidação Vit. E + _ Ligeiram. ácido Melanoidina De modo geral, essas reações são indesejáveis do ponto de vista nutricional e estético. O escurecimento ou “browing” químico é o nome que se dá a uma série de reações químicas que culminem com a formação de pigmentos escuros conhecidos com o nome genérico de melanoidinas. As melanoidinas são polímeros insaturados coloridos de variada composição. Em alguns produtos, a reação é desejável quando leva à melhoria da aparência e do “flavor”: crosta do pão (destruição de 70% da lisina), café torrado, chocolate, cerveja, carne de peixe assado, porém indesejável em produtos como leite e derivados (destruição da lisina durante tratamento térmico), sucos, vegetais, produtos desidratados e concentrados, cereais e derivados (destruição da lisina durante a secagem). As reações de escurecimento não-enzimático, além de produzirem “flavor” agradável, aroma e coloração, em certas condições podem formar coloração e “flavor” indesejáveis ealterar a qualidade do alimento durante o processamento e armazenamento. Estas reações provocam significantes perdas de certos aminoácidos (lisina, arginina, histidina e triptofano), diminuição da digestibilidade da proteína e, portanto, redução do valor nutritivo, formação de alguns inibidores e compostos tóxicos. Alimentos ricos em açúcares redutores são muitos reativos, mas outros fatores influenciam a reação, como temperatura, pH, umidade, tipos de açúcar e amina, O2 e SO2. A velocidade da reação é influenciada pela natureza dos componentes reativos (Aas, proteína, peptídio e açúcares). Isto significa que cada tipo de alimento pode apresentar um escurecimento específico. Geralmente, a licita é o aminoácido mais reativo, em razão da presença do grupo amino epsílon livre. Reação de Maillard Envolve uma série de reações que se iniciam com a combinação entre o PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 19 grupamento carbonila de um aldeído, cetona ou açúcar redutor, com o grupamento amino de um aminoácido, peptídeo ou proteína, formando depois a chamada base de Schiff, sofrendo o rearranjo de Amadori, (isomerização da aldosilamina N-substituída), a degradação de Strecker (perda de CO2) e culminando com a formação de pigmentos escuros. Furfural tem sido identificado como uma substância intermediária formada no processo que, poderá produzir melanoidinas. C O HH C O H H C C C Furfural Mecanismo do Ácido ascórbico O ácido ascórbico tem sido considerado como o responsável pelo escurecimento de sucos cítricos concentrados, principalmente os de limão e tangerina. O ácido ascórbico, quando aquecido em meio ácido, irá formar o furfural, que poderá sofrer polimerização, originando compostos de coloração escura. C C C C C C O H 2 O H O H O H O H H O H Ácido Ascórbico Caramelização PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 20 A caramelização ocorre quando compostos polidroxicarbonilados (açúcares ou certos ácidos) são aquecidos a temperaturas relativamente altas. Irá ocorrer uma desidratação dos açúcares com a formação de aldeídos muitos ativos. Hidroximetilfurfural é muitas vezes um produto intermediário, sendo capaz de sofrer polimerização originando as melanoidinas. C O HH C C C C C O O H H H H HMF A conservação que está evoluindo e aperfeiçoando-se de acordo com o progresso da Ciência e da Tecnologia, tem-se introduzido variantes e novas técnicas ou processos, assim como também progrediu no envase de produtos processados. As condições atuais são bem diferentes das que predominavam há alguns anos atrás. A ciência esclareceu aspectos tão importantes como os que se referem à composição dos alimentos e o papel de cada componente na nutrição e sua estabilidade frente aos processos, de conservação, assim como também as causas da alteração microbiológica, biológica ou química e seu mecanismo, muito se tem estudado sobre os aditivos, contaminantes e sua toxidez. 3.6 PRINCÍPIOS EM QUE SE BASEIA A CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS A conservação dos alimentos se baseia em impedir que os agentes deteriorantes sejam capazes de atuar, prejudicando assim a qualidade do alimento. Em relação à deterioração causada por microrganismos, a decomposição pode ser diminuída garantindo que a manipulação dos alimentos ocorra em condições de assepsia, evitando que os microrganismos cheguem aos produtos, eliminando os microrganismos existentes ou colocando obstáculo ao crescimento e atividade microbiana. Em relação à decomposição química, a melhor forma de prevenção é através da inativação das enzimas presentes no alimento ou através da PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 21 colocação de obstáculos que impeçam o desenvolvimento das reações químicas. 3.7 MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS A indústria atual dispõe de diferentes tipos de procedimentos que compreendem: a) Conservação mediante o emprego de temperaturas altas: O emprego do calor é utilizado para inativar as enzimas presentes nos alimentos e para destruir os microrganismos presentes. Apesar de promover algumas alterações nos alimentos, quando bem aplicado, o calor garante a conservação dos alimentos por longos períodos, especialmente quando combinados com outras técnicas, como a estocagem refrigerada, envase asséptico, etc. b) Conservação mediante o emprego de Baixas Temperaturas: Usado para retardar as reações químicas e a ação das enzimas, e atrasar ou inibir o crescimento e atividade dos microrganismos que se encontram nos alimentos. Quanto mais baixa a temperatura mais lentas serão as reações químicas, as ações enzimáticas e o crescimento microbiano. Uma temperatura suficientemente baixa inibirá o crescimento de todos os microrganismos. c) Conservação por Dessecação: Qualquer método que reduza a umidade de um alimento é uma forma de dessecação. Assim a adição de sal ao pescado ou à carne produz produtos altamente estáveis, bem como a adição de açúcar para a elaboração de leite condensado. A redução da quantidade de água livre do alimento cria uma barreira ao crescimento microbiano e à atividade enzimática, mas potencializa as reações de oxidação. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 22 d) Conservação por Aditivos: A conservação de alimentos por uso de aditivos consiste na adição de substâncias químicas ao alimento com o objetivo de evitar a deterioração ou decomposição dos alimentos. O conservador antimicrobiano ideal deve possuir um amplo espectro de atividade antimicrobiana; não ser tóxico ao homem ou animal; ser economicamente viável; não afetar o sabor original dos alimentos; não ser inativado pelo processamento dado ao alimento; não deve favorecer a seleção de cepas resistentes; e deve ser mais capaz de destruir do que inibir os microrganismos. e) Conservação por Fermentação: A fermentação representa mais um processo de conservação de alimentos e baseia-se na proliferação de certos microrganismos não prejudiciais à saúde humana e que formam, durante o seu metabolismo, produtos geralmente ácidos que modificam o pH de maneira que impedem a proliferação de microrganismos deteriorantes. Além desta fermentação ácida, é empregada também a fermentação alcoólica, onde o álcool também vai restringir o crescimento dos microrganismos deteriorantes. f) Conservação por Defumação: A defumação consiste em uma ação prolongada da fumaça a baixa temperatura, impregnando o produto lentamente com o calor e os princípios emanados da destilação da madeira e, também, é empregada a quente, que se traduz por um cozimento mais ou menos completo durante a operação. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 23 4 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO FRIO PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 24 O armazenamento pelo frio é um dos métodos mais antigo de preservação de alimentos. Historiadores estimam que as cavernas, cujas temperaturas são naturalmente baixas, devido à evaporação da água sempre presente, eram utilizadas para estocagem de alimentos há mais de 100.000 anos atrás. Uma gravura egípcia do ano de 3.500 AC ilustra um escravo abanando um leque de frente para um pote de argila. O efeito refrigerante, devido à evaporação da água, também seaplica neste caso. Entre os anos 500 AC e 1.800 DC, mercadores transportavam gelos e neves por longas distâncias. No entanto, apenas após 1875, quando o sistema mecânico de refrigeração por amônia foi suficientemente desenvolvido para suportar a refrigeração comercial, é que se iniciou a produção a de gelo e a conservação de alimentos no comércio. Em meados de 1915, os refrigeradores eram construídos em larga escala, mas eram grandes demais para serem utilizados em casas individuais. Entretanto, no final dos anos de 1930 e início dos anos 1940, o desenvolvimento de compressores menores permitiu a criação de unidades de refrigeração menores e mais baratas, tornando possível o seu uso doméstico. Com a venda de refrigeradores e congeladores domésticos se tornando mais comum, a moderna indústria de alimentos congelados cresceu rapidamente. Durante os últimos 65 anos, várias pesquisas foram conduzidas na busca por melhorias na qualidade e estabilidade de produtos refrigerados e congelados. Houve grandes avanços no processamento de alimentos congelados e no desenvolvimento de embalagens para diferentes produtos armazenados a baixa temperatura. Atualmente, a estocagem refrigerada tem importância marcante no comércio mundial e determina as condições econômicas da indústria de alimentos. Sem a refrigeração mecânica durante o transporte, a comercialização de muitos alimentos perecíveis não poderia ser possível. Ainda, com os centros urbanos cada vez maiores e com a produção de alimentos se concentrando em áreas cada vez mais distantes, não seria possível comercializar toda a gama de frutas e vegetais produzida. O armazenamento refrigerado permite a oferta de uma grande variedade de alimentos durante todo o ano, equalizando os preços de mercado. Sem a refrigeração, os preços seriam muito baixos nos períodos de produção e muito altos nos períodos de entressafra, isso se estes não se tornassem impróprios para consumo antes de sua comercialização. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 25 4.1 PRINCÍPIOS DA REFRIGERAÇÃO A refrigeração, ou resfriamento, é um processo de remoção de calor de um corpo ou de um ambiente. A capacidade de refrigeração é medida em quilowatts (kW), mas outras unidades que representam a quantidade de calor ou trabalho, como caloria (Cal), joule (J) e a unidade térmica britânica (Btu), também são usadas. Existem vários sistemas de refrigeração e estes podem ser classificados pelo método usado na remoção de calor. Neste caso, dois são de suma importância para a indústria de alimentos: Sistema de refrigeração mecânica, que gera frio em ambiente fechado usando a eletricidade como fonte de energia; e Sistema criogênico, em que a fonte de frio é um gás liquefeito, geralmente nitrogênio líquido (N2) ou dióxido de carbono (CO2). Sistema de Refrigeração Mecânica O sistema de refrigeração mecânica é, atualmente, o sistema mais utilizado no processo de refrigeração de alimentos, especialmente na etapa de armazenamento. Embora a instalação deste tipo de sistema possua um elevado preço, a sua manutenção é relativamente barata. No sistema de refrigeração mecânica, o calor é removido da câmara de refrigeração e conduzido a um local onde pode ser facilmente descartado. Esta transferência de calor é obtida pelo uso de um refrigerante que, como a água, muda de estado – de líquido a vapor. A chave para se entender este processo é baseada em duas observações. A primeira é que a temperatura de um gás aumenta quando este é comprimido e nenhum calor é removido do sistema e, de forma similar, sua temperatura reduz quando este expande. A segunda observação é que calor deve ser fornecido a um líquido para que este vaporize a uma temperatura constante. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 26 Sistema Criogênico Uma fonte alternativa de frio importante para a indústria de alimentos são os refrigerantes criogênicos. Um composto criogênico é um refrigerante que muda de fase, pela absorção do calor latente, para refrigerar um alimento. Os dois refrigerantes criogênicos mais usados são o nitrogênio líquido e o dióxido de carbono. Em contraste com o sistema de refrigeração mecânica, o sistema criogênico é aberto, o que significa que o meio refrigerante é consumido e não re-circulado. O meio refrigerante deve estar em contato com o alimento, embalado ou não, para obter a energia calorífica necessária para suprir o calor latente de vaporização ou sublimação, produzindo elevados coeficientes de transferência de calor e refrigerando rapidamente o produto. Tanto o nitrogênio líquido quanto o dióxido de carbono são inertes, isentos de cor e odor, ideais para o uso na refrigeração de alimentos. No entanto, é necessária a preocupação com a segurança dos operários durante o processamento, uma vez que ambos podem causar problemas de queimadura pelo frio e asfixia. 4.2 REFRIGERAÇÃO E ESTOCAGEM REFRIGERADA A refrigeração pode ser definida como a operação unitária em que a temperatura do alimento é reduzida a valores acima do seu ponto de congelamento. A redução da temperatura retarda as reações que deterioram o alimento, sendo geralmente aceito que a maioria dos sistemas biológicos apresenta um coeficiente de temperatura (Q10) entre 1,5 e 2,5, ou seja, a redução em 10ºC na temperatura acarreta numa redução média de 50% na taxa de reação. Desta forma, é comum considerar alimentos refrigerados aqueles cujas temperaturas foram reduzidas a valores entre 16 e -2ºC, mas os refrigeradores comerciais e domésticos geralmente operam a temperaturas em torno de 4 e 7ºC. A maioria dos microrganismos patogênicos e deterioradores cresce rapidamente a temperaturas acima de 10ºC, mas alguns deterioradores são capazes de crescer a temperaturas abaixo de 0ºC. Com a redução da temperatura, o crescimento microbiano é retardado, mas não cessa. De fato, mesmo a temperaturas próximas do ponto de congelamento, algumas reações, incluindo o crescimento de muitos microrganismos, continuam numa taxa que PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 27 limitam o tempo de vida-útil do alimento a um período relativamente curto. A refrigeração previne, de forma satisfatória, o crescimento de microrganismos termófilos e mesófilos, embora nestas condições os psicrófilos possam deteriorar o alimento. Felizmente, não existem patógenos psicrófilos e, desta forma, a refrigeração do alimento a temperaturas abaixo de 5-7ºC retarda o crescimento de deterioradores e previne o crescimento da maioria dos patógenos. Temperaturas desta ordem também reduzem a velocidade das reações enzimáticas e retardam a respiração de alimentos frescos. No entanto, nem todo alimento pode ser refrigerado a temperaturas muito baixas; por exemplo, frutas tropicais e subtropicais sofrem injúrias quando armazenadas a temperaturas entre 3 e 10ºC acima do seu ponto de congelamento. Assim, os alimentos podem ser agrupados de acordo com duas formas de armazenamento refrigerado: aqueles em que a temperatura de refrigeração é mantida entre 10 e 15ºC, ideal para algumas frutas e vegetais, como batatas, pepinos, bananas, entre outras; e alimentos mantidos a temperaturas entre -2ºC e 7ºC, ideal para um grande número de alimentos perecíveis (peixe, carne, leite, iogurtes, etc.). O grande benefício da refrigeração é a extensão da vida-útil do alimento sem causar alterações na qualidade sensorial (textura, sabor, cor) e nas propriedades nutritivas, desde que regras simples sejam garantidas e que o período de estocagem não seja excessivo. Por isso, os alimentos refrigeradossão percebidos pelos consumidores como “frescos”, ou mesmo, “saudáveis”, mas deve ser enfatizado que a refrigeração não melhora a qualidade de um produto. A refrigeração de produtos perecíveis deve ser aplicada, sempre que possível, imediatamente após a sua obtenção, e mantida durante todo o período comercial, incluindo transporte, armazenamento e comercialização, até o seu consumo. Poucas horas de atraso entre a obtenção e a refrigeração é suficiente para permitir alterações consideráveis no alimento, não apenas no ponto de vista da deterioração microbiana, mas também nos atributos de qualidade. No entanto, a refrigeração rápida do alimento não significa apenas colocá-lo no refrigerador. A refrigeração consiste na retirada de calor do alimento e, se este for grande, o tempo para remoção suficiente do calor pode ser muito longo, de forma a permitir uma deterioração considerável antes que a temperatura efetiva de preservação seja alcançada. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 28 Outra preocupação durante o armazenamento refrigerado é o controle da umidade relativa (UR), que deve ser muito bem executado. Se o ar da câmara tiver muita umidade, esta condensará na superfície do alimento refrigerado. Se a condensação for excessiva, fungos poderão crescer na superfície em temperaturas comuns de refrigeração, deteriorando o produto. Por outro lado, se o ar for muito seco, o produto poderá perder água rapidamente da sua superfície, acarretando em problemas de textura. Nesta última condição, frutas e hortaliças irão murchar e carnes poderão apresentar o fenômeno da “queima pelo frio”, que altera a textura e cor da superfície e provoca maiores quebra de peso. O Quadro 6 sumariza a temperatura e umidade relativa de estocagem para os principais alimentos perecíveis, apresentando a sua vida-útil aproximada e parâmetros termodinâmicos necessários para o cálculo da carga térmica. Mesmo quando se armazena o alimento em UR adequada, maiores perdas de umidade podem ocorrer quando este é armazenado em longos períodos de estocagem, uma vez que há uma contínua migração da água do alimento para a atmosfera refrigerada, devido à condensação do vapor refrigerado sobre a superfície fria do alimento. Nestas condições, os alimentos devem ser protegidos contra a perda de umidade superficial. Carnes, por exemplo, são embaladas, geralmente a vácuo, em sacos plásticos selados. Queijos maturados em temperatura refrigerada também são embalados em filmes plásticos ou cobertos com cera. A cera não só reduz a perda de umidade superficial, como protege o queijo da contaminação microbiana, especialmente de fungos. Ovos podem ser cobertos com óleo mineral comestível, que ao tampar os minúsculos poros da casca, retardam a perda de umidade e de dióxido de carbono. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 29 Quadro 6. Propriedades de alimentos perecíveis A li m e n to T e m p e ra tu ra d e E s to c a g e m ( o C ) U m id a d e R e la ti v a ( % ) V id a -u ti l1 U m id a d e ( % ) T e m p e ra tu ra d e C o n g e la m e n to ( o C ) Calor Específico (kJ/kg. o C) C a lo r la te n te d e fu s ã o ( k J /k g ) A b a ix o d o P o n to d e C o n g e la m e n to A c im a d o p o n to d e c o n g e la m e n to CARNES E DERIVADOS Bovina (Carcaça com 60% carne magra) Fresca 0 a 2 88-92 7 a 42 d 49 -1,7 2,90 1,46 164 Congelada -23 90-95 9 a 12 m Fígado 70 -1,7 3,43 1,72 2,35 Cordeiro (65% de carne magra) Fresco 0 a 2 85-90 5 a 12 d 61 -1,9 3,2 1,61 204 Congelado -23 90-95 8 a 10 m Frango Fresco 0 a 2 7 d 74 -2,8 3,53 1,77 248 Congelado -23 9 a 10 m Peru 64 3,28 1,65 214 Ovo (inteiro) Fresco 0 a 1 85-90 8 a 9 m 74 -0,6 3,53 1,77 247 Congelado -23 12 m Suínos 0 a 2 85-90 3 a 7 d 35-42 2,60 1,31 124 Barrigada (33% de carne magra) 30 2,42 1,22 101 Paleta (67% de carne magra) 49 -2,2 2,90 1,46 164 Pernil (74% de carne magra) 56 -1,7 3,08 1,55 188 Bacon 19 2,15 1,08 64 Presunto 57 3,10 1,56 191 PESCADOS Peixe Fresco 0 a 5 90-95 5 a 20 d 62-85 Congelado -23 90-95 8 a 10 m Atum 70 -2,2 3,43 1,72 235 Bacalhau 78 -2,2 3,63 1,82 261 Lagosta 79 -2,2 3,65 1,84 265 Ostras 80 -2,8 3,68 1,85 268 Salmão 64 -2,2 3,28 1,65 214 LEITES E DERIVADOS Leite (3,7% de gordura) 87 -0,6 3,85 1,94 291 Leite condensado 27 -15,0 3,25 1,18 90 Manteiga 0 a 2 80-85 2 m 16 2,07 1,04 54 Queijo 0 a 2 65-70 40 -6,9 2,68 1,34 134 PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 30 Camembert 52 2,98 1,50 174 Cheddar 37 -12,9 2,6 1,31 124 Sorvete -26 meses 63 -5,6 3,25 1,63 211 1 m = meses; d = dias. Observação: 1 Btu = 0,252 kCal = 1,055 kJ Fonte: modificado de NEVES FILHO (1991), POTTER e HOTCHKISS (1995), HEBER (2000) e AKED (2002). 4.3 CONGELAMENTO E ESTOCAGEM CONGELADA O congelamento é a operação unitária em que a temperatura do alimento é reduzida a valores abaixo do seu ponto de congelamento, que para a maioria dos alimentos é próximo de -2ºC. A estocagem congelada refere-se à estocagem do alimento a temperaturas que o mantenha congelado, sendo que condições ótimas geralmente requerem temperaturas iguais ou menores que - 18ºC. Enquanto a refrigeração e estocagem refrigerada preservam alimentos perecíveis por semanas ou meses, a depender do alimento, o congelamento e estocagem congelada podem preservar o alimento por meses ou mesmo anos, se devidamente embalados. A preservação de alimentos por congelamento ocorre por vários métodos. A redução da temperatura a valores abaixo de zero causa uma significante redução na taxa de crescimento dos microrganismos e, consequentemente, na redução da deterioração devido a atividade microbiana. Outras reações que ocorrem naturalmente no alimento, como reações enzimáticas e oxidativas, também sofrerão a mesma influência da temperatura. Associado a isto, a formação de cristais de gelo durante o congelamento do alimento reduz a água disponível para as reações (atividade de água). À medida que a temperatura é reduzida, mais água é convertida ao estado sólido, resultando na concentração de solutos na água não-congelada e reduzindo a quantidade de água disponível para as reações de deterioração. Da mesma forma que citado no item anterior, a taxa com que o calor é removido durante o congelamento é dependente de vários fatores (peso, tamanho e forma, densidade, conteúdo de água, calor específico, condutividade térmica, temperatura inicial e final, etc.). Durante o congelamento, o calor sensível deve ser removido para reduzir a temperatura do alimento ao seu ponto de congelamento. Quando a temperatura do alimento alcança o ponto de congelamento, cristais de gelo são formados e o calor latente de cristalização é liberado. O PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 31 calor latente de todos os componentes do alimento (água, gordura, etc.) deve ser removido para que este congele. No entanto, a maioria dos alimentos contém uma elevada quantidade de água e os outros componentes requerem uma quantidade relativamente pequena de calor latente. A parcela de calor retirada durante o congelamentoé bem maior do que a parcela necessária para se estocar o alimento congelado. Esta diferença de calor entre o processo de congelar e estocar congelado é, ainda, bem maior do que refrigerar e estocar refrigerado, sendo o produto geralmente congelado em um sistema separado da estocagem. A qualidade de um alimento congelado não é influenciada apenas pelas condições iniciais de congelamento, mas também pelas condições do armazenamento congelado. Mudanças químicas e físicas podem acontecer, e estas ocorrem em taxas que dependem da temperatura. As alterações químicas mais comuns em alimentos durante a sua estocagem congelada são: oxidação lipídica; escurecimento enzimático; deterioração de sabor; desnaturação proteica; e degradação de pigmentos e vitaminas. A recomendação da temperatura de -18ºC para a estocagem congelada de alimentos é baseada em dados substanciais que representam o compromisso entre qualidade e custo. Sobre circunstâncias normais, esta temperatura é suficiente para prevenir o crescimento de todos os microrganismos, uma vez que patógenos não crescem a temperaturas inferiores a 3,3ºC e os deterioradores que normalmente contaminam os alimentos têm seu crescimento cessado em temperaturas em torno de -9,5ºC. Para reações enzimáticas, no entanto, temperaturas próximas de -18ºC não são tão baixas, visto que algumas enzimas retêm atividade a temperaturas tão baixas quanto -73ºC, embora estas reações sejam extremamente lentas. As reações não-enzimáticas também não são completamente inibidas a -18ºC, mas ocorrem de forma muito lenta abaixo desta temperatura. Casos específicos, no entanto, devem ser considerados. Por exemplo, peixes são particularmente instáveis à estocagem congelada. Isto se deve a várias razões, mas a oxidação lipídica em peixes gordos é o principal motivo da sua menor vida-útil sob congelamento do que em outras carnes. Neste caso, o uso de temperaturas de congelamento mais baixas, como -30ºC, favorece a sua qualidade por um período de tempo maior. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 32 De fato, a qualidade dos alimentos congelados poderia ser bem maior se estes fossem armazenados a temperaturas mais baixas que a -18ºC. O congelamento de alimentos a temperaturas próximas de -30ºC não é difícil e nem tanto custoso. Entretanto, a manutenção do alimento a esta temperatura durante o transporte e armazenamento é extremamente cara. Outra consideração importante é a de que tecidos animais e vegetais diferem quanto à resistência ao congelamento. Tecidos vegetais apresentam uma estrutura mais rígida, devido à parede celular associada à membrana celular, podendo ser facilmente danificada pelos cristais de gelo formados. Já tecidos animais, possuem uma estrutura mais flexível, que permite sua extensão durante a formação de cristais de gelo, não se rompendo, de forma que sua textura é menos afetada. Esta diferença na resistência ao congelamento também explica os efeitos adversos da taxa de descongelamento. Os danos causados pelo processo de descongelamento são maiores do que no processo de congelamento. Devido ao baixo diferencial de temperatura e a maior capacidade de transferência de calor do gelo do que a água, a temperatura do alimento sobe rapidamente durante o descongelamento para o ponto de congelamento (faixa crítica), permanecendo nesta temperatura por um longo período de tempo. Nesta situação, ocorre o fenômeno de recristalização, que envolve o aumento dos cristais de gelo, devido ao fato de que pequenos cristais são, termodinamicamente, menos estáveis do que cristais maiores. Assim, as moléculas de água migram de cristais menores para sítios de água não congelada para recristalizar, formando cristais maiores e acarretando nas mudanças indesejáveis já mencionadas. Além disso, durante o descongelamento, a água pode não ser reabsorvida nas regiões originais, levando à formação de exsudados e, assim, a célula não recupera seu tugor e forma original, com conseqüências negativas à textura do alimento. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 33 Fatores que afetam a perda por exsudação durante o descongelamento são: tamanho e localização dos cristais de gelo; velocidade de descongelamento; extensão da reabsorção de água; estado do tecido antes do congelamento; e capacidade de retenção de água do tecido. Nos tecidos vegetais a água exsudada não é absorvida pela célula, o que torna a taxa de congelamento ainda mais importante. Já nos tecidos animais uma significante reabsorção de água é observada durante o descongelamento. Recomenda-se que o descongelamento de carnes seja conduzido em temperaturas de refrigeração, mas trata-se de um processo extremamente lento. No caso da carne inteira, é, ainda, necessário observar que a taxa ótima de descongelamento é dependente da taxa de congelamento. Poucos problemas resultam do descongelamento rápido de uma carne congelada rapidamente. Já o descongelamento lento de uma carne que foi congelada rapidamente, resulta numa recristalização, com consequente formação de cristais maiores, ocasionando a exsudação da água. Por outro lado, um descongelamento rápido de uma carne que sofreu um congelamento lento, não permite que os fluidos nos espaços extracelulares sejam reabsorvidos, acarretando numa rápida perda de exsudado. Consequentemente, os efeitos adversos de um congelamento lento podem ser minimizados pelo descongelamento lento, que permite que algum fluido seja reabsorvido. Infelizmente, a aplicação desta relação entre a taxa de descongelamento e a taxa de congelamento implica, obviamente, no conhecimento das condições em que a carne foi congelada, o que nem sempre é possível. Devido a estas considerações é que se sugere que a carne seja descongelada a baixas temperaturas, num processo lento, mas que permite a difusão de água no tecido descongelado e sua realocação na fibra muscular, favorecendo a qualidade da carne e não acarretando em riscos quanto à questão microbiológica. Por outro lado, os requerimentos comerciais usualmente demandam por PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 34 um descongelamento mais rápido possível. No entanto, o descongelamento rápido, com o uso de temperaturas mais elevadas (ambiente ou água quente), favorece o crescimento microbiano, devido à temperatura relativamente alta na superfície externa da carne, especialmente em cortes grandes, e pode ocasionar mudanças sensoriais indesejáveis. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 35 5 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO CALOR PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 36 Dentre todos os métodos de conservação de alimentos, a utilização de temperaturas elevadas se apresenta como um dos mais eficientes e utilizados; esse método tem como base os efeitos destrutivos sobre os microrganismos. Supostamente, a destruição de microrganismos pelo calor é devida à coagulação de suas proteínas, especialmente à inativação das enzimas necessárias ao metabolismo celular. A intensidade de calor necessária para a destruição microbiana ou seus esporos, varia em função do tipo de organismo a ser destruído, seu estágio de desenvolvimento, do tipo de alimento onde este se encontra, de outros métodos de conservação que serão utilizados de forma associada, dos efeitos deletérios que o calor exerce sobre o alimento, dentre outros. Na maioria das vezes, a escolha de uma determinada temperatura a ser aplicada a um determinado alimento édeterminada em função do rigor da destruição, ou seja, muitas vezes o objetivo é a completa destruição dos microrganismos e seus esporos, outras vezes torna-se necessário a destruição total ou parcial das células vegetativas sem a preocupação de eliminar seus esporos, em alguns casos, somente uma parte dos esporos é alvo de destruição. O termo “tratamento térmico” refere-se ao processo em que um produto alimentício é submetido a elevadas temperaturas, com o objetivo de inativar microrganismos e, ou enzimas indesejáveis, permitindo que o alimento permaneça seguro e com características sensoriais desejáveis por mais tempo. É um dos métodos mais importantes e o mais amplamente utilizado na preservação de alimentos durante as últimas décadas, mas até o final do século XIX, a conservação de alimentos pelo calor era conduzida sem muito conhecimento de sua base científica. 5.1 FATORES QUE AFETAM A TERMORRESISTÊNCIA MICROBIANA Vários fatores afetam a resistência dos microrganismos ao calor, sendo que mais de dez já foram exaustivamente estudados e suas influências estabelecidas. Dentre esses fatores podem-se destacar os descritos a seguir. Binômio tempo/temperatura PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 37 A relação tempo/temperatura no processo de destruição microbiana é parâmetro fundamental no processo de conservação de alimentos pelo uso do calor. Via de regra, o tempo necessário, sob condições definidas para a destruição de células microbianas ou esporos, diminui à medida que a temperatura empregada aumenta; entretanto, aparece com certa frequência exceções a essa regra. Essa regra evidentemente parte do pressuposto que o efeito do calor é imediato e que não existe nenhum impedimento mecânico. Dessa forma, deve- se considerar o tamanho do vasilhame onde se efetua o aquecimento, bem como seu tipo (vidro, metal, plástico etc.). É importante ter em mente que em embalagens maiores a penetração do calor é mais demorada e que a temperatura estabelecida deve penetrar em todo o alimento a ser tratado termicamente. Do mesmo modo, o material com o qual as embalagens são feitas possui diferentes índices de condutividade térmica, exemplificando, em uma embalagem de metal o calor é conduzido com mais facilidade que em uma de plástico. Teor de umidade do alimento A resistência das células microbianas ao calor aumenta à medida que a umidade do meio onde se encontram diminui, sendo a aplicação do calor em um meio mais aquoso (calor úmido) um agente bactericida mais potente que o mesmo calor aplicado em um meio mais sólido. Esse fato pode ser bem compreendido pelo fato de a desnaturação das proteínas acontecer mais facilmente em meio mais aquoso e como descrito anteriormente, a desnaturação proteica é a principal causa de destruição microbiana pelo uso do calor. A razão pela qual a água desnatura as proteínas ainda não está completamente elucidada, entretanto acredita-se que o calor úmido potencializa a formação de grupos –SH livres, isso leva a um aumento da capacidade de absorção de água pelas proteínas; a maior hidratação, permite uma maior ruptura pelo calor, das forças que estabilizam as estruturas proteicas. Fica claro dessa forma, que o binômio tempo/temperatura deve ser estabelecido para cada alimento em particular e nunca se deve utilizar o mesmo binômio para alimentos com teor de umidade diferente. Dessa forma, o PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 38 tratamento térmico estabelecido para um leite in natura não pode ser o mesmo para um leite concentrado (leite que foi parcialmente desidratado). pH do alimento Geralmente os microrganismos são mais resistentes ao calor quando estão em um alimento cujo pH é o ótimo ao seu desenvolvimento, que de um modo geral está próximo da neutralidade (pH 7,0). Quando esse valor se distancia para baixo ou para cima, a termorresistência do microrganismo diminui; entretanto, a acidificação é mais efetiva nesse processo que a alcalinização. Face a isso pode-se claramente deduzir que o tratamento térmico em alimentos ácidos pode ser mais brando quando comparados a alimentos próximos à neutralidade. A manipulação do pH como meio de aumentar a eficiência do tratamento térmico nem sempre é possível pois, sabidamente este tem influência direta no sabor. Concentração de sal O cloreto de sódio (sal de cozinha) é normalmente o sal presente em quantidades maiores em alimentos. Em baixas concentrações, 0,5 a 1,5%, esse sal tem um efeito protetor sobre os microrganismos, provavelmente por diminuir a atividade de água do alimento. Entretanto, em quantidades maiores o efeito do sal como agente inibidor de microrganismo é somado ao efeito do calor, aumentando a eficiência do tratamento térmico no processo de destruição de microrganismo do alimento. Efeito protetor da gordura De um modo geral, a presença de gordura no alimento aumenta significativamente a resistência térmica dos microrganismos que muitas vezes é denominada “proteção gordurosa”. Isso acontece em função principalmente de dois fatores: o primeiro seria o fato de a gordura afetar diretamente a umidade celular e o segundo pela proteção física que a gordura exerce, principalmente em alguns alimentos, particularmente o leite. No caso particular do leite pasteurizado, que no Brasil na esmagadora maioria não é homogeneizado, a gordura tem um efeito protetor extremamente importante, pois os grumos de gordura protegem os microrganismos naquele período de 15 PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 39 a 17 segundos que o leite fica exposto a uma temperatura de 73 a 77 C. Efeito do açúcar A presença de açúcar no alimento aumenta a resistência térmica dos microrganismos, Provavelmente isso acontece pela diminuição da atividade de água causada pelo açúcar. Efeito das proteínas e outras substâncias A proteção que as proteínas conferem à termorresistência dos microrganismos é bem conhecida. Consequentemente, alimentos ricos em proteínas devem receber um tratamento térmico mais elevado ou por um período mais longo, quando se deseja obter os resultados esperados. Considerando um número idêntico de microrganismos, a presença de partículas coloidais no alimento exige maior rigor térmico em seu processamento. Um exemplo claro disto pode ser observado na Tabela 7.3, onde o ponto térmico letal para a Escherichia coli é de 63 C para o soro de queijo e de 65 C para o leite desnatado. Vale lembrar que a maior diferença entre esses dois produtos é a maior concentração de proteínas no leite desnatado. Outros fatores também são importantes na resistência térmica dos microrganismos, dentre esses podem-se destacar: fase de crescimento, efeito da temperatura de crescimento, concentração inicial de esporos, condições prévias das bactérias e esporos, etc. 5.2 TRATAMENTOS TÉRMICOS UTILIZADOS NA ELABORAÇÃO DE ALIMENTOS Na utilização do tratamento térmico no processamento de alimentos, tendo sempre em mente o binômio tempo/temperatura, deve-se levar sempre em consideração os efeitos que o calor provoca sobre os alimentos. Deve-se também considerar os outros processos como, por exemplo, o frio, embalagens, etc. que serão utilizados na conservação desse alimento tratado termicamente. As diferenças existentes entre os alimentos determinam também diferenças em seus tratamentos térmicos. Esse tratamento quando não elimina PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 40 completamente a flora microbiana do alimento deve, pelo menos, destruir todos os patogênicosque teriam condições de se desenvolverem nas condições de conservação daquele alimento e prevenir ou retardar o crescimento dos sobreviventes. Como existe grande diversidade de alimentos, cada um com características próprias e diferentes objetivos do tratamento térmico, os binômios tempo/temperatura requeridos nos mais diversos processos podem ser classificados como a seguir: 5.2.1 BRANQUEAMENTO Tratamento térmico brando, geralmente aplicado em frutas e vegetais, que tem como objetivo principal a inativação de enzimas naturais antes do processamento. Dependendo da severidade do tratamento, o branqueamento pode destruir alguns microrganismos. No entanto, não é, por muitos autores, considerado um processo de conservação per si, mas sim um pré-tratamento. 5.2.2 PASTEURIZAÇÃO Tratamento térmico que visa a destruição da flora patogênica contaminante e a extensão da vida-útil do produto, pela inativação de enzimas e microrganismos deterioradores sensíveis ao calor. Envolve a aplicação de temperaturas relativamente altas, geralmente abaixo do ponto de ebulição da água (100ºC), mas o produto ainda irá conter muitos microrganismos capazes de crescer, limitando a vida-útil de alimentos e obrigando o seu armazenamento em condições que minimizem o crescimento microbiano, geralmente a refrigeração. A pasteurização pode aumentar a vida-útil por semanas ou meses, a depender do produto e do sistema de armazenamento. Como o processo de pasteurização utiliza temperaturas mais baixas (menos que 100 C), ela é utilizada: quando tratamentos térmicos mais elevados causam danos à qualidade PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 41 do produto; quando um dos objetivos perseguidos é a destruição de microrganismos patogênicos; quando os agentes de alterações nos alimentos não são muito termorresistentes; quando os microrganismos sobreviventes são controlados por outros meios de conservação, como, por exemplo, a refrigeração; quando se eliminam agentes competitivos, permitindo uma fermentação benéfica. Como a pasteurização não tem como objetivo destruir totalmente os microrganismos, alguns métodos de conservação devem ser empregados de forma complementar a pasteurização, dentre estes podem-se destacar: conservar o produto pasteurizado sob refrigeração; evitar a contaminação, geralmente colocando o produto em uma embalagem hermeticamente fechada; manter condições anaeróbicas, como nos recipientes fechado a vácuo; adicionar altas concentrações de açúcar; adicionar conservantes químicos, como os ácidos orgânicos. O leite é, de longe, o produto no qual o processo de pasteurização é mais utilizado. Por isso na vasta maioria das vezes utiliza-se esse produto na descrição dos processos de pasteurização. 5.2.3 ESTERILIZAÇÃO O termo “esterilização” refere-se à completa destruição microbiana de um alimento ou produto. Isto significa dizer que toda flora microbiana, patogênica ou deterioradora, assim como enzimas, será inativada e o produto se PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 42 apresentará estéril. No entanto, a esterilização de alimentos não é possível, devido à presença de esporos microbianos termorresistentes. Assim, o termo esterilização comercial é mais adequado, uma vez que se aplica a alimentos que, após tratamento térmico suficiente, contém um número pequeno de esporos bacterianos, mas que não irão se desenvolver durante o armazenamento do produto. Se, no entanto, forem isolados do alimento e submetidos a condições ideais, os esporos podem germinar e se multiplicar. Produtos esterilizados comercialmente apresentam vida-útil de dois anos ou mais à temperatura ambiente e, mesmo após longos períodos, a deterioração ocorre devido a mudanças na textura ou sabor e não ao crescimento microbiano. A esterilização de alimentos é feita em unidades envasadas e a granel, a aplicação térmica em produtos acondicionados é mais conhecida por apertização, enquanto a designação esterilização é usualmente conferida a processos que apresentam características especiais e inclusive alguns deles que utilizam temperaturas mais altas como, por exemplo, o U.H.T. (ultra high temperature). 5.3 CINÉTICA DO TRATAMENTO TÉRMICO O patógeno mais termorresistente encontrado em alimentos é o Clostridium botulinum. No entanto, existem bactérias não-patogênicas mais resistentes que o Clostridium botulinum. O Bacillus stearothermophilus, por exemplo, forma esporos que são 20 vezes mais resistentes do que o Clostridium botulinum, mas requer elevada temperatura (48,9 a 54,4ºC) para crescer. Este microrganismo, embora não apresente risco à saúde humana, pode ocasionar problemas potenciais em produtos submetidos a elevadas temperaturas durante o armazenamento. Dois critérios principais devem ser considerados quando se deseja estabelecer um tratamento térmico para inativar esporos ou células vegetativas em alimentos. O primeiro é o conhecimento da cinética de inativação térmica ou a taxa de destruição dos microrganismos responsáveis pela contaminação e a sua dependência com a temperatura (binômio tempo-temperatura). A segunda, e não menos importante, é considerar as características de transferência de calor (penetração de calor) do alimento em questão, incluindo a embalagem que o contém, que determinam o perfil de temperatura no PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 43 produto durante o processo. A inativação térmica das células vegetativas e esporos geralmente segue uma reação de primeira ordem, ou seja, a variação da concentração de células viáveis com o tempo de processamento é proporcional à concentração de células viáveis presentes. Matematicamente a equação geral, dC/dt = - kC, pode ser usada para descrever a inativação térmica microbiana, onde: C = concentração de células viáveis; k = constante de proporcionalidade, definida como velocidade específica de morte ou destruição; e t = tempo. A integração da equação geral resultará em: ln (C0/C) = -kt, em que C0 = concentração inicial de células viáveis. Assim, numa representação gráfica de ln C versus o tempo de exposição do alimento a uma temperatura constante, a variação será linear. Esta variação também será linear para qualquer base logarítmica, obtendo-se, após algumas alterações algébricas, a seguinte equação: Log C = Log C0 - t/D Esta equação é conhecida como ordem logarítmica de morte, e demonstra que sob condições térmicas constantes o mesmo percentual da população microbiana presente irá ser destruído em um determinado intervalo de tempo, independente do número inicial de células viáveis. Em outras palavras, se uma dada temperatura inativa 90% da população microbiana inicial em um minuto de processamento, 90% das células sobreviventes serão destruídas no segundo minuto, 90% das que resistirem serão destruídas no terceiro minuto, e assim por diante. Isto demonstra a natureza exponencial da inativação microbiana (Figura 1). PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 44 Figura 1. Gráficos representando a reação de primeira ordem para a destruição térmica de esporos bacterianos, em escala semi-logarítmica. Para caracterizar o comportamento do fator estudado com relação à temperatura, foi definido o conceito de valor D. Por definição, o valor D, ou tempo de redução decimal, é o tempo em minutos, a uma temperatura específica, necessário para inativar 90% da população inicial em estudo ou, ainda, o tempo necessáriopara se reduzir em um ciclo logarítmico a população inicial. O tempo de redução decimal é específico para cada microrganismo, sendo obtido a uma temperatura definida. No entanto, o valor D pode ser determinado para qualquer temperatura a que se deseja realizar o tratamento, sendo representado da seguinte forma: D121 = tempo de redução decimal a 121ºC. Através de D pode-se calcular previamente qual o percentual de microrganismo será inativado em função do tempo de aquecimento. Para se obter uma redução de 99,99% da população microbiana em um determinado alimento, por exemplo, é necessária a aplicação de um tempo tratamento térmico equivalente a quatro valores D do microrganismo alvo, para aquela temperatura de trabalho. A população microbiana inicial não tem influência sobre o valor D, uma vez que a magnitude está diretamente relacionada com a inclinação da reta; valores mais elevados de D representam mais resistência do microrganismo ao tratamento térmico, ou maior tempo para seja reduzida em 90% a população inicial. Assim, a aplicação de um tratamento térmico com temperaturas mais PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 45 elevadas resultará numa redução do valor de D e, como ilustrado na Figura 2, a inclinação da curva aumenta. Figura 2. Curva semi-logarítmica de morte térmica para diferentes temperaturas. Como a inativação microbiana é logarítmica, a destruição de todas as células somente será alcançada após aquecimento por um tempo infinito, ou seja, uma contagem microbiana absoluta igual a zero não é teoricamente possível. Cada ordem de D minutos resulta numa redução de 90% da população, o que implica em 10% de células sobreviventes. Assim, a inativação microbiana torna-se uma probabilidade de sobrevivência e o número de valores D é usado para se definir a intensidade do tratamento a ser aplicado. Por exemplo, se um determinado produto enlatado, que possui inicialmente um milhão de bactérias por lata, sofre um tratamento térmico de 8D, teremos, teoricamente, 0,01 sobreviventes por lata; contudo, se este tratamento se repetir por 100 vezes, podemos concluir que haveria uma chance de um microrganismo sobreviver e deteriorar o alimento; ou seja, o tratamento térmico aplicado não garante a esterilidade total, mas sim a probabilidade de que apenas uma lata a cada 100 produzidas estaria contaminada com células viáveis. Isto ilustra o conceito de esterilização comercial, discutido anteriormente. Como sugere a curva da Figura 3, o valor D é dependente da temperatura, variando com esta numa escala logarítmica. O recíproco da inclinação da reta 100 1000 10000 100000 0 100 200 300 400 500 Tempo (minutos) P op ul aç ão M ic ro bi an a 120OC 126OC 130OC PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 46 TDT é designado valor z, sendo definido como a variação da temperatura, em graus Celsius, necessária para mudar o valor de D em 90% ou em um ciclo logarítmico. Diferentes microrganismos em um alimento possuem diferentes valores de z, que caracteriza a resistência da população à mudança da temperatura. Similarmente, um dado organismo irá apresentar diferentes valores z em diferentes alimentos. Figura 3. Curva de Tempo de Morte Térmica (TDT) típica de microrganismos. Os valores D e z são usados para caracterizar a resistência térmica de microrganismos, enzimas ou componentes químicos de um alimento (Quadro 7). 0,01 0,1 1 10 100 1000 100 105 110 115 120 125 130 Temperatura (oC) V al or D z F = 6D F 111 = 40 min F 121 = 4 min PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 47 QUADRO 7 - Propriedades térmicas de componentes nutricionais e sensoriais de alimentos em relação à resistência térmica de enzimas e bactérias esporuladas. Componente Fonte pH Z (oC) D121 (min.) Tiamina Purê de cenoura 5,9 25,0 158 Tiamina Purê de pêra - 27,0 247 Tiamina Cordeiro 6,4 25,0 120 Lisina Grão de Soja - 21,0 786 Clorofila a Espinafre 6,5 51,0 13,0 Clorofila b Espinafre 5,5 79,0 14,7 Peroxidase Pêra - 37,2 3,0 B. stearothermophilus Vários > 4,5 7,0 – 12,2 4,0 – 5,0 B. cereus Vários > 4,5 9,7 0,0065 C. sporagenes (PA3679) Vários > 4,5 10,6 0,48 – 1,40 C. botulinum Vários > 4,5 7,7 – 10,0 0,10 – 0,21 Fonte: modificado de FISCHER (1994), FELLOWS (1997) e TEIXEIRA (2000). Uma vez determinado o binômio tempo-temperatura é necessário considerar a penetração de calor no produto. No processo tradicional de tratamento térmico de produtos enlatados, os recipientes contendo o alimento são colocados em autoclave, que aplicam calor na parede externa das latas. A temperatura no ponto frio do alimento não é alcançada instantaneamente, mas irá se elevar gradualmente até se aproximar da temperatura da autoclave. Após tratamento suficiente, as latas são rapidamente resfriadas, para prevenir danos adicionais ao alimento, devido à excessiva aplicação de calor. Da mesma forma, o resfriamento do alimento não será instantâneo e alguma destruição microbiana irá ocorrer durante este período. Assim, para se calcular o tempo de processo efetivo na autoclave, curvas de penetração de calor e de resfriamento devem ser estabelecidas. 5.4 TRATAMENTOS TÉRMICOS UTILIZADOS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Várias referências podem ser consultadas sobre binômios tempo- PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 48 temperatura usados no tratamento térmico de diferentes tipos de alimentos. Quando se deseja esterilizar alimentos com pouca acidez, faz-se uso do conceito de 12D para o Clostridum botulinum, sendo utilizado como referência a temperatura de 121,1ºC. No caso de alimentos com elevada acidez ou no processo de pasteurização em que os microrganismos alvo possuem resistência térmica muito inferior, temperaturas de referências de 100 ou 65,5ºC são geralmente utilizadas. O tratamento térmico mínimo para inativação do C. botulinum (F0 = 3 minutos) produz um produto seguro, mas não necessariamente estéril. No caso do leite, por exemplo, existe uma maior preocupação com microrganismos mesófilos esporulados mais resistentes não patogênicos, como o Bacillus stearothermophilus e, mais recentemente, o Bacillus sporothermodurans. Embora a esterilização comercial do leite possa ser conduzida em autoclaves (110-116ºC por 20-30 minutos) na forma convencional, o tratamento térmico mais conduzido atualmente é o processo UHT, onde o produto é aquecido a 136-138ºC por 5 a 8 segundos em trocadores de calor tubulares ou de placas ou, ainda, por 140-145ºC por 2 a 4 segundos, em trocadores de aquecimento direto (injeção de vapor). Produtos lácteos, como o creme de leite, podem ser esterilizados pelo processo UHT a 140ºC por 2 segundos, sendo que misturas de sorvete são geralmente esterilizadas a 148,9ºC por 2 segundos. No caso da pasteurização do leite, esta deve ser conduzida tendo como microrganismo alvo a Coxiella burnetti, responsável pela febre Q (requetsia) em humanos, por ser o patógeno mais resistente encontrado neste produto. Pode- se aplicar um processo lento de 62ºC por 30 minutos ou um processo HTST, onde o leite é aquecido a 72-75ºC por 15 a 20 segundos ou, ainda, a 85ºC por 2 a 3 segundos. Misturas de sorvetes podem ser pasteurizadas utilizando-se um tratamento lento de 71ºC por 30 minutos ou 82ºC por 25 segundos, pelo sistema HTST. Da mesma forma que ocorrecom leites, pescados e produtos cárneos enlatados também devem receber um tratamento térmico mínimo para inativar o C. botulinum, mas, na prática, procedimentos de esterilização com F0 = 4 a 6 minutos são adotados para se prevenir o desenvolvimento de esporos de maior resistência. A esterilização de carnes no sistema convencional é obtida aplicando-se uma temperatura de 110-115ºC por 1 hora. Na esterilização de produtos adicionados de salmoura, como em salsichas enlatadas, também é possível a aplicação do sistema HTST, com adoção de autoclaves rotatórias, PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 49 sendo utilizadas temperaturas entre 120 e 125ºC. Para pescados enlatados em salmoura, quando esterilizados pelo sistema convencional, sugere-se a aplicação de temperaturas de 121ºC por tempos de 62 minutos para atuns, 40 minutos para carne de caranguejo e 16 minutos para camarões grandes. Além da necessidade de se preservar e estender a vida-útil dos produtos cárneos, o tratamento térmico é, muitas vezes, conduzido simplesmente para se obter o cozimento do produto, necessário por questões de palatabilidade e aceitabilidade. Processos industriais adequados de cozimento de carnes destroem, efetivamente, toda forma vegetativa patogênica, vírus, parasitas e a maioria das formas vegetativas contaminantes. No entanto, estreptococos fecais e certos lactobacilos são relativamente resistentes. Para assegurar a saúde do consumidor, tratamentos específicos para cada tipo de produto são requeridos. Em produtos cárneos de suínos, o cozimento deve ser conduzido até que a temperatura no ponto frio seja de, pelo menos, 58,3ºC, para se assegurar a destruição do parasita Trichiella spiralis, embora temperaturas entre 64 e 72ºC sejam usadas no cozimento de embutidos curados para se garantir a eliminação de lactobacilos e estreptococos responsáveis pela acidificação e alteração da cor do produto. Bifes bovinos pré-cozidos devem ser submetidos a um tratamento térmico equivalente ao aquecimento instantâneo a 63ºC visando a destruição de salmonelas, enquanto que os cozidos devem ser aquecidos à temperatura interna mínima de 70ºC, para destruição do patógeno E. coli O157:H7. No caso de ovos, o principal patógeno de interesse é a salmonella, comumente encontrado no trato digestivo de aves. Devido ao fato da prevalência de salmoneloses, muitos países exigem que ovos processados na forma líquida sejam pasteurizados. Embora a salmonela não seja resistente ao calor, em ovos, cercada por proteínas e gorduras, a sua resistência aumenta. Neste caso, a temperatura necessária para inativá-la é muito próxima daquelas que afetam negativamente as propriedades físicas e funcionais. As albuminas da clara são as proteínas mais sensíveis, se desnaturando em poucos minutos a temperaturas acima de 60ºC. Ovos inteiros homogeneizados ou apenas as gemas são mais estáveis a esta temperatura. Os tempos e temperaturas de pasteurização de ovos são variáveis de país para país. Nos Estados Unidos, ovos inteiros devem ser pasteurizados a 60ºC por 3,5 minutos. Já no Reino unido, a pasteurização recomendada é de 64,4ºC por 2,5 minutos, o que implica em perdas de algumas propriedades PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 50 funcionais. Existe um método de pasteurização no sistema HTST, que utiliza o emprego de elevadas temperaturas (63,7 a 72ºC) por curto espaço de tempo (1,7 a 192 segundos), seguido da embalagem asséptica. Este processo garante uma vida-útil maior que 16 semanas a 4ºC. Devido a sua susceptibilidade a elevadas temperaturas, industrialmente a clara de ovo líquida é pasteurizada utilizando o peróxido de hidrogênio (H2O2) como agente bactericida. A clara é aquecida a 52-53ºC e mantida nesta temperatura por 1,5 minutos, após o qual 0,075 a 0,10% de H2O2 são adicionados. A temperatura de 52-53ºC é mantida por mais 2 minutos, o produto é resfriado e adiciona-se catalase para remover o H2O2 residual. Produtos de origem vegetal não são considerados de elevado risco para a saúde humana, uma vez que se tornam completamente impróprios para consumo bem antes que qualquer microrganismo patogênico desenvolva ou que toxinas sejam formadas. A maioria dos vegetais são alimentos pouco ácidos e, desta forma, a esterilização deve ser conduzida por tempo suficiente para inativar o C. botulinum (F0 = 3 minutos). Para latas cilíndricas no.2 (350 gramas), conservas de vegetais em salmouras são esterilizadas pela aplicação de temperaturas de 121ºC por 22 minutos para milho-verde, 20 minutos para cenouras e 15 minutos para ervilhas, garantindo-se uma temperatura inicial de 60ºC na lata. No entanto, muitas conservas vegetais são acidificadas antes do tratamento térmico, como é o caso do pickles. Se o pH destes produtos for menor que 4,6, o C. botulinum não irá se desenvolver e a maior preocupação será com microrganismos ácido-tolerantes, como C. pasteurianum e Bacillus coagulans. O tratamento térmico para alimentos ácidos é menos complexo, uma vez que não exige o uso de elevadas temperaturas e pressão. Geralmente referido como pasteurização, o processo térmico destes produtos é conduzido a temperaturas menores que 100ºC, tendo como finalidade destruir qualquer célula vegetativa microbiana capaz de se desenvolver num ambiente com pH reduzido, ou mesmo inativar enzimas capazes de conferir alterações indesejáveis. O principal objetivo da pasteurização em sucos de frutas ácidos, por exemplo, é a inativação de enzimas, especialmente pectinesterase e poligalacturonase, ficando a destruição de microrganismos deteriorantes como objetivo secundário. Em polpas de frutas com pH entre 4,0 e 4,5, a microbiota capaz de se PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 51 desenvolver no produto e deteriorá-lo está restrita a bactérias lácticas e algumas esporuladas, além de fungos filamentosos e leveduras. Neste caso, o binômio tempo-temperatura será função do processamento. Se a polpa já sofreu inativação enzimática, é suficiente um tratamento térmico de 80oC durante 20 minutos, ou 85oC durante 10 minutos, visando a eliminação de leveduras esporogênicas. No entanto, se a polpa não sofreu inativação enzimática o tratamento térmico deverá ser efetuado com temperaturas de 90- 95oC por 30 segundos. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 52 6 FERMENTAÇÃO PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 53 6.1 INTRODUÇÃO A fermentação pode ser usada como um dos processos de conservação de alimentos, com o desenvolvimento de microrganismos benéficos e não patógenos para o homem, e que pode ser definida como “um processo onde são produzidas mudanças químicas em um substrato orgânico por meio da atividade de enzimas produzidas por microrganismos”. O homem aprendeu a controlar as fermentações elegendo adequadamente os microrganismos, os substratos e as condições do processo (composição do mosto, pH e temperatura), obtendo um grande número de produtos úteis como resultado desta atividade. Inúmeras são as fermentações produzidas por bactérias, leveduras e fungos. No Quadro 8são apresentados alguns alimentos e produtos fermentados com os microrganismos fermentadores correspondentes. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 54 Quadro 8. Relação de alguns produtos fermentados e países onde são consumidos. Alimentos e Produtos Matérias- primas Microrganismosfermentadores Local de origem PRODUTOS LÁTEOS Leite acidófilo Leite Lactobacillus acidophilus Vários países Suco de manteiga búlgaro Leite Lactobacillus bulgaricus Balcãs e outras áreas Queijos (maturados) Coalhada de leite Fermentos láticos Em todo o mundo Kefir Leite Lactococcus lactis, Lactobacillus bulgaricus, Torula spp Sudoeste da Ásia Kumiss leite de égua cru Lactobacillus bulgaricus Taetlle Leite Tarhana Farinha de trigo e iogurte Bactérias láticas Turquia Yogurte leite e sólidos do leite Lactobacillus bulgaricus S.thermophilus Em todo o mundo CARNES E PRODUTOS DE PESCA Presuntos curados no campo Presunto de suínos Aspergillus, Penicillium spp Sul dos Estados Unidos Embutidos secos Carne de porco e carne de vaca Pediococcus cerevisiae Europa e Estados Unidos Bolonhesa do Líbano Carne de vaca Pediococcus cerevisiae Estados Unidos Burong dalag Pescado e arroz L. mesenteroides, P.cerevisiae, L. plantaruam Filipinas Molho de pescado Pescados pequenos Espécies halófilas de Bacillus sp Ásia Izushi Pescado fresco, arroz e hortaliças Lactobacillus sp Japão Katsuobushi Atum Aspergillus glaucus Japão 6.2 TIPOS DE FERMENTAÇÃO Diversas fermentações têm sido empregadas na produção de alimentos PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 55 como forma de estender a vida de prateleira dos produtos, sendo que algumas delas só têm aplicação para vegetais, sendo pouco importantes quando pensamos em produtos de origem animal. Dentre as fermentações importantes para a conservação de carnes e leite, destacam-se as fermentações lática e propiônica, que serão brevemente discutidas a seguir. 6.2.1 FERMENTAÇÃO LÁTICA Existem dois tipos de fermentação lática: a homeolática e a heterolática. A fermentação homolática é realizada principalmente por Streptococcus e algumas espécies de Lactobacillus que transformam o açúcar do meio quase que totalmente em ácido lático. C6 H2O6 2 CH3 CHOH COOH A fermentação heterolática realizada principalmente por Leuconostoc e alguns espécies de Lactobacillus transforma o açúcar do meio em ácido lático e outros produtos, principalmente etanol, CO2, ácido acético e manitol. O Leuconostoc mesenteroides fermenta glicose de acordo com o esquema: C6 H2O6 CO2 + CH3CH2OH + CH3 CHOHCOOH 6.2.2 FERMENTAÇÃO PROPIÔNICA Esta fermentação tem aplicação na elaboração dos queijos Gruyere ou Emmental. Na elaboração deste tipo de queijo, o ácido lático provém da atividade do Streptococcus lactis sobre a lactose, que é utilizada pela Propionibacterium petersonni e outros que o transformam em ácido propiônico, ácido acético e água. 3CH3CHOHCOOH 2CH3 CH2 COOH + CH3COOH + CH2 + H2O 6.3 PRODUTOS FERMENTADOS DE ORIGEM ANIMAL DESENVOLVIDOS NO MUNDO PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 56 Produtos lácteos Leite acidificado: produzido por uma fermentação natural do leite integral ou desnatado. É elaborado inoculando-se leite estéril com uma cepa de Lactobacillus acidophylus em proporção de 1 ou 2% e que deve ser mantido à 370C até que se forme a coalhada. As qualidades nutritivas e terapêuticas deste leite residem na presença do ácido láctico, que favorece a flora intestinal desejável, além de transformar os componentes do leite em produtos facilmente distribuídos. Iogurte: apresenta basicamente as mesmas qualidades de um leite acidificado por bactérias benéficas (homofermentativas, não formadoras de gás), só que na sua produção a microbiota pode ser mais facilmente controlada. É elaborado com um fermento misto de S. thermophilus e L. burgaris em proporção de 1:1. O primeiro cresce primeiro que o segundo e é principalmente responsável pela produção de ácido e o L. bulgaris aumenta o sabor e o aroma. O crescimento dos dois microrganismos em associação dá como resultado a produção de ácido lático em maior velocidade do que quando crescem isoladamente e além disto o L. bulgaris quando cresce com S. thermophilus produz maior quantidade de acetaldeído (principal composto volátil que dá sabor ao iogurte). Tipicamente, o iogurte recém elaborado contém ao redor de 109 microrganismos/g, diminuindo com o armazenamento até 106, principalmente quando é conservado à 50C durante um tempo de até 60 dias. Geralmente o número de bacilos diminui mais rapidamente que o de cocos. Parece que a incorporação de frutas ao iogurte não influi no número de organismos fermentadores. Kefir: é um produto de fermentação alcoólica do leite que é elaborado utilizando-se os grãos de kefir, que contém L. Lactis, L. bulgaricus e uma levedura que fermenta a lactose (Candida pseudotropicalis). A produção de ácido é regulada pelas bactérias enquanto que a levedura produz o álcool. A concentração final tanto do ácido lático como do álcool pode alcançar 1 a 3 %. Do ponto de vista nutricional, o álcool a PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 57 3% pode ser prejudicial, segundo Reidel (1987). É pouco conhecido no Brasil, mas comum na Europa. Kumis: semelhante ao Kefir porém utiliza-se leite de égua, a porcentagem de álcool é 2% e os microrganismos do cultivo não formam grãos. Queijos: são produtos derivados do leite, submetidos a uma fermentação ácida. A eficiência do processo de concentração depende grandemente da qualidade do leite quando utilizado. Basicamente todos os queijos são resultantes de uma sequência de operações que incluem basicamente as seguintes etapas: pasteurização do leite; adição do coalho e fermento (produção de ácido lático que com a renina adicionada origina a formação da coalhada); corte e mexedura do coalho; dessoragem; filagem (cubos imersos em água quente esticados somente para queijos filados como o caso da mussarela; moldagem ou prensagem; salga; secagem; embalagem; maturação. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 58 A maioria dos queijos maturados é produto da atividade metabólica das bactérias acidoláticas. No caso do queijo suíço, emprega-se um cultivo misto de L. bulgaricus e S. thermophilus junto com um cultivo de Propionibacterium shermanii, que é incorporado para atuar durante a fase de maturação na produção de sabor e na formação das olhaduras dos queijos. Nos queijos azuis como o Roquefort, a coalhada é inoculada com esporos de Penincilium roquefort. No queijo Camembert inocula-se a superfície com esporos de Penincilium camenbert. Existem mais de 400 variedades de queijos que representam menos de 20 tipos diferentes e estes são classificados de acordo com sua textura ou conteúdo de umidade, se são maturados ou não e em caso de maturados se são por bactérias ou por mofos. Em relação à textura são considerados queijos duros: Cheddar, Provolone, Romano e Edam. Os semiduros incluem os queijos Muenster, Gouda e Roquefort e os queijos moles, Limburger, Brie e Camembert. A diferença de um tipo de queijo para outro, além de diferentes tecnologias, reside fundamentalmente na seleção de microrganismos usados na fermentação. O queijo Minas está incluído na categoria de queijos frescos e, por este motivo, representam alto risco de transmissão de tuberculose, brucelose e outras doenças, se for fabricado a partir de leite cru de animais doentes. Por isto a regulamentação federal exige o uso de leite pasteurizado, mas isto só é observado nas indústrias que produzem queijos Minas padronizado. Produtos cárnicos e derivados do pescado. Embutidos fermentados: geralmente são elaborados como produtos secos ou semisecos, enquanto alguns possuem uma umidade intermediária. Antes de 1950 os embutidos fermentados eram elaborados pela inoculação de alguns microrganismos ou eram elaborados utilizando-se da PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 59 microbiota própria da matéria-prima. Hoje com a chegada dos cultivos fermentadores puros é possível obter embutidos mais uniformes e inócuos. A utilização destes fermentos em produtos não lácteos tem tido um grande desenvolvimento em todo o mundo. As pastas de pescado são produtos comuns na Ásia, apesar de que a função dos microrganismos fermentadores é mínima. Alguns alimentos elaborados recebem diferentes denominações como: mam-tom na China; man- ruoc de Camboia; o bladchan da Indonésia; o belachan da Malásia; o bagoong das Filipinas; o Kajei; o hoidong e o pla-man da Tailândia; o fessik da África e o mam-pla da Tailândia. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 60 7 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS POR DESIDRATAÇÃO PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 61 A conservação de alimentos por desidratação se baseia no fato de que tanto os microrganismos como as enzimas necessitam de água para manter suas atividades. Para que um alimento seja conservado por esse método é necessário abaixar seu conteúdo de água até um grau em que a atividade microbiana seja inibida. Embora alguns microrganismos sejam destruídos no processo de dessecação, esta técnica não é letal por si mesma, principalmente quando o material a ser desidratado possui um grande número de microrganismos. Entretanto, os microrganismos sobreviventes não encontram condições de se multiplicarem, nem suas enzimas são capazes de deteriorar o produto. 7.1 PREPARO E DESSECAÇÃO DE ALIMENTOS A técnica mais antiga de dessecação consiste na simples exposição do alimento fresco à luz solar até conseguir uma desidratação adequada. Esta forma se denomina “secagem ao sol” sendo que alguns alimentos podem ser conservados satisfatoriamente por este método, se a temperatura e umidade relativa do ar forem apropriadas. Por esta técnica se dessecam frutas como as uvas, figos dentre outras, todavia se necessita de um amplo espaço físico para expor grandes quantidades dos produtos. Os métodos de dessecação de maior importância comercial são: pulverização (spray drying); por tambor (drum dryer); liofilização. 7.1.1 PULVERIZAÇÃO O processo de desidratação por pulverização (spray drying) é o mais importante e utilizado para produtos alimentícios líquidos. Dentre as mais várias aplicações, pode-se citar a pulverização de leite, café e ovos. A princípio, a pulverização consiste dos seguintes passos: PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 62 um líquido ou uma pasta é atomizado dentro de uma câmara; as pequenas gotículas formadas entram em contato com um fluxo de ar quente e seco; a gotícula rapidamente perde água e consequentemente o pó é formado; as partículas secas, suspensas no fluxo de ar são separadas e coletadas nos equipamentos de separação; após ser coletado o pó pode ser embalado ou submetido a outros tratamentos. Face a complexidade do processo, as propriedades dos alimentos como viscosidade, tensão superficial e composição química têm de ser rigorosamente controladas. Sendo a atomização que determina o tamanho das gotículas, ela se constitui a mais importante operação do processo. A atomização pode ser conseguida por meios de bicos ou atomizadores de alta pressão nos quais o líquido adquire uma velocidade tangencial muito elevada enquanto é forçada através do orifício do pulverizador. O fluido é ejetado para dentro da câmara formando uma espécie de papel na forma de um cone, que se rompe na forma de pequenas gotas. Poucos detalhes são conhecidos sobre os processos de transferências de calor e massa, pois algumas variáveis como temperatura, umidade, e distribuição das gotículas são difíceis de medir ou estimar. Em resumo, a atomização consiste basicamente em colocar ar quente (180 a 200 C) em contato com um líquido pulverizado ocorrendo rapidamente a evaporação da água e a deposição do pó na parte inferior da câmara. O ar de secagem sai, juntamente com a água evaporada sai pela parte inferior do equipamento a uma temperatura de 60 a 100 C, passando por ciclones de recuperar partículas muito finas (através de força centrífuga) e dando saída para a atmosfera através de chaminés. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 63 7.1.2 SECADORES DE TAMBOR (DRUM DRYER) É um secador também conhecido como rolo de secador (drum-dryer ou roller dryer). É constituído de um ou dois tambores rotativos, com diâmetro variável (0,5 a 1,5 metros), medindo de 2 a 5 metros de comprimento, aquecidos internamente pelo uso de vapor e usados na desidratação de produtos especiais, principalmente aqueles com alto teor de amido. É o processo antigo de produção de leite em pó, sendo usado hoje na produção de leites modificados, em pó. Nesse sistema a suspensão é depositada na superfície externa do tambor numa película fina, recebendo o calor através de suas paredes. O tambor pode estar na pressão atmosférica ou mantido em pressão reduzida (vácuo). Uma lâmina raspa o produto seco dos cilindros (tambores) que estão girando em baixa rotação. A película seca é então moída para dar ao produto final a forma de um pó fino. 7.1.3 LIOFILIZAÇÃO Liofilização é uma operação na qual a água é removida do alimento por passagem do seu estado sólido (gelo) para o estado gasoso (vapor d’água) sem passar pelo estado sólido, processo conhecido como sublimação. Como esse processo é realizado à temperatura baixa e na ausência de ar atmosférico, as propriedades químicas e organolépticas praticamente não são alteradas. A liofilização é um processo de desidratação adequado para substituir os convencionais. Os processos comuns de secagem, que empregam altas temperaturas, ou a secagem a vácuo sem o prévio congelamento do material podem levar a modificações indesejáveis do produto tais como: contração pronunciada dos produtos sólidos; migração de sólidos solúveis para a superfície durante a secagem; PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 64 desnaturação das proteínas; perda de compostos voláteis; formação das camadas duras e impermeáveis na superfície; dificuldade de re-hidratação posterior devido aos fatores anteriormente citados. 7.2 INSTANTANEIZAÇÃO Entende-se por produtos instantâneos aqueles que se dissolvem com facilidade em água. Técnicas para aumentar a instantaneidade de produtos desidratados têm sido utilizadas com eficiência em leite em pó, café solúvel, cacau, bebidas em pó, sopas desidratadas, farinhas pudins desidratados e outros produtos alimentícios. O processo de dissolução do pó em água é muito complexo, envolvendo determinadas propriedades, dentre as quais podem ser citadas: molhabilidade, que é a capacidade do pó de absorver água na sua superfície. Pós com grande quantidade de gordura (leite em pó integral, por exemplo) apresentam uma molhabilidade ruim. imersibilidade, é a capacidade do pó de imergir na água após a reconstituição (adição de água). Essa propriedade depende da diferença de densidade entreo pó e a água. A densidade da partícula é determinada não só pelo produto em si, mas também pelo volume de ar presente nos chamados vacúolos das partículas. dispersibilidade, é a capacidade do pó de se dispersar na água como partículas individualizadas, ou seja, é a capacidade do aglomerado de se separar. É medida como o tempo necessário para uma determinada quantidade de pó de se dispersar na água. Solubilidade, esta característica está relacionada com a velocidade de dissolução e com a solubilidade total. A solubilidade é uma constante da substância, relacionada com a quantidade de material dissolvido numa solução saturada. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 65 Um dos mais eficientes processos para tornar o pó instantâneo é a aglomeração. A aglomeração produz um aumento na quantidade de ar entre as partículas. O processo de reconstituição começa pelo umedecimento da partícula e subsequente substituição do ar intersticial por água, o processo de capilaridade é particularmente importante para que isso aconteça. Se o volume de ar é pequeno como em pós não aglomerados, a quantidade de água também será pequena, havendo consequentemente pouca água em relação às partículas sólidas, resultando numa solução concentrada de alta viscosidade ao redor das mesmas. Existem dois processos básicos de aglomeração: o reumidecimento e o acoplado. O processo de reumidecimento está baseado nos seguintes pontos: Umidecimento da superfície da partícula com vapor, água pulverizada ou uma mistura dos dois. Aglomeração, onde as partículas colidem devido à turbulência e aderem umas às outras, formando aglomerados. Secagem com ar quente (90 - 120 C). Resfriamento e classificação visando eliminar as partículas menores e os aglomerados de grande tamanho. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 66 8 IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 67 8.1 INTRODUÇÃO O uso da irradiação em alimentos não é um estudo recente, uma vez que carnes, peixes e vegetais têm sido preservados por séculos pela energia solar. Posteriormente, as radiações por infravermelho e as micro-ondas foram utilizadas como energias possíveis para o processamento de alimentos. Nas décadas mais recentes, com o surgimento dos reatores nucleares, foram descobertas outras fontes de radiação ionizante e com isso a irradiação tornou-se um processo tecnicamente e comercialmente viável. Em 1950, foram iniciados os estudos sobre os efeitos da irradiação na conservação de alimentos. Em 1970, a NASA adotou a irradiação para esterilizar alimentos destinados aos programas espaciais. A primeira comercialização regulamentada de alimentos irradiados ocorreu em 1974 no Japão, tendo sido aplicada em batatas e posteriormente em alho e cebola. Durante os anos de 1980 e 1990, houve uma verdadeira explosão de regulamentações pelo mundo, inclusive no Brasil, no sentido de aprovar a utilização da irradiação de alimentos para consumo humano, especialmente após a sua recomendação pela FAO (Food and Agriculture Organization) e IAEA (International Atomic Energy Agency), órgãos da OMS/ONU (Organização Mundial da Saúde/ Organização das Nações Unidas). Estudos mostraram que qualquer alimento irradiado na dose média de 10 kGy é seguro e não induz problemas nutricionais, além de eliminar microorganismos prejudiciais ao alimento e ao homem. Recentemente, uma junta de especialistas revisou dados toxicológicos, nutricionais e microbiológicos de alimentos irradiados em doses acima de 10 kGy e mostrou que não há evidências toxicológicas nestas altas doses, concluindo que não há nenhuma necessidade para este limite. Atualmente, no Brasil, a Resolução RDC no 21 de 26/01/2001 aprovou o Regulamento Técnico para Irradiação de Alimentos, que prevê que qualquer alimento poderá ser tratado por radiação desde que sejam observadas as seguintes condições: a dose mínima absorvida deve ser suficiente para alcançar a finalidade pretendida e a dose máxima absorvida deve ser inferior àquela que comprometeria as propriedades funcionais ou os atributos sensoriais do alimento. A irradiação de alimentos é um dos mercados mais crescentes já sendo usada em escalas comerciais em mais de 40 países pelo mundo. No Brasil, PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 68 existem cerca de 11 unidades irradiadoras já instaladas e com 21 em fase de projeto ou construção. O País apresenta o maior número de produtos aprovados para irradiação no mundo, além de ter as leis mais liberais com relação à dosagem. Dentro dos produtos pesquisados, hoje já se pode afirmar a eficiência do processo em diversos alimentos como especiarias e condimentos, ervas e chás, carnes, frangos, peixes, frutas secas e uma vasta variedade de frutas e vegetais. No entanto, a maior parte da produção nacional é irradiada para exportação. Tais alimentos devem estar devidamente embalados e etiquetados para a identificação, além de ser utilizado o termo "irradiado" ou “tratado por radiação ionizante”, bem como estar presente o símbolo internacional para alimento irradiado, a Radura (Figura 4). Figura 4 - Espectro eletromagnético. A irradiação de alimentos permite uma redução da contaminação por leveduras, fungos e bactérias com alterações mínimas de sabor, cor e textura. Consequentemente, aumenta o tempo de vida-útil do alimento, tornando-o mais seguro e adequando-o a normas fitossanitárias nacionais e internacionais. 8.2 IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS Para compreender melhor sobre o processo de irradiação de alimentos e a relação com outros tipos de energia é necessário conhecer o espectro PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 69 eletromagnético. A Figura 4 mostra um esquema desse espectro e seus diferentes intervalos. Figura 5 - Espectro eletromagnético. Irradiação de alimentos faz uso de raios , raios x ou irradiação de elétrons, que estão abaixo do visível no espectro eletromagnético. Radiação com luz ultravioleta também está abaixo do visível, no entanto, as ondas da luz ultravioleta não são tão curtas quanto as do raio x e raio . Quanto menor o comprimento de onda, maior a quantidade de energia por unidade. Outros tipos de energia radiante com maiores comprimentos de onda e menos energia por unidade são a radiação infravermelha e a radiação micro-ondas. Assim, métodos convencionais de cocção como cozimento e assadura também usam energia radiante, mas no intervalo do infravermelho. Cocção em micro-ondas é feita por radiações micro-ondas. As radiações micro-ondas são também usadas para detectar velocidade de automóveis, enviar sinais de telecomunicação (televisão, telefone, etc.), secar e curar madeira compensada. 8.3 FONTES DE RADIAÇÃO Há três tipos de energia que podem ser usadas para irradiação de alimentos: raios x, feixe de elétrons e raios gama. Máquinas denominadas R ai os G am a R ai os X U ltr av io le ta V is ív el M ic ro on da s O nd as d e R ád io In fr av er m el ho 10 -3 10 -1 10 10 3 10 5 10 7 10 9 Aumento da Energia 38 0 n m 45 0 n m 50 0 n m 55 0 n m 60 0 n m 65 0 n m 72 0 n m V io le ta A zu l V er de A m ar el o L ar an ja V er m el ho P úr pu raArranjo de prótons/ neutrons Transição Elétrons (interna) Transição Elétrons (externa) Rotações Molecula- res Vibrações Moleculares Orientação do núcleo no campo magnético Comprimento de Onda (nm) PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 70 “aceleradores de elétrons” são usadas para produzir feixe de elétrons para os quais os alimentos podem ser expostos. Se os elétrons do acelerador são direcionados para uma placa metálica (como tungstênio), produz-se raios x e o alimento é exposto a esses raios. A quantidade de energia produzida pelo feixe de elétrons pode ser ajustada. Raios gama são produzidos por substâncias radioativas (radioisótopos) que emitem continuamente os raios gama de alta energia. As fontes de raios gama aprovadas para irradiação em alimentos são Co-60 (o mais comum) e Cs-137. 8.4 DOSES E EFEITOS DA RADIAÇÃO Na irradiação de alimentos, a “dose” que um alimento recebe não deve ser confundida com “algo” sendo adicionado ao alimento. A “dose” para a irradiação de alimentos é a quantidade de radiação absorvida pelo alimento e não é o mesmo nível de energia transmitida das fontes de radiação. A dose é controlada pela intensidade da radiação e pelo tempo que o alimento é exposto a ela. A dose (número de kGy) permitida varia de acordo com o tipo de alimento e da ação desejada. Os níveis do tratamento foram aprovados pela FDA como segue: 1. Doses baixas - (até 1 kGy) projetou-se para: a) controle de insetos em grãos; b) inibição da germinação em batatas; c) controle de parasitas na carne de porco; d) inibição, deterioração e controle de insetos nas frutas e nos vegetais. 2. Doses médias - (1-10 kGy) projetou-se para: a) controle de Salmonella, Shigella, Campylobacter e Yersinia na carne, nas aves domésticas e nos peixes; b) inibição do crescimento de fungos em morango e em outras frutas. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 71 3. Doses elevadas - (mais de 10 kGy) projetou-se para: a) microorganismos e insetos em especiarias; b)esterilização comercial de alimentos, destruindo todos os microrganismos do interesse da saúde pública, por exemplo, para a esterilização do alimento no mesmo grau como se esteriliza termicamente, entretanto, nenhuma aplicação comercial desta dosagem foi aprovada pela FDA, com exceção de algumas dietas especiais de hospital para pacientes imuno-deficientes. A tecnologia da irradiação de alimentos é tão segura que as qualidades sensoriais do alimento são retidas por muito tempo e os microrganismos prejudiciais são destruídos. Tem-se conhecimento que as mudanças químicas que podem ocorrer em alimentos irradiados a altas doses de irradiação, como 75 kGy, são mínimas; conclusão obtida a partir de 50 anos de pesquisa. A irradiação de alimentos é, talvez, a tecnologia de processamento de alimentos mais completamente investigada. Similar à esterilização térmica de alimentos, as doses devem ser suficientes para produzir um produto estável e microbiologicamente seguro dependendo do tipo de alimento e das exigências específicas do consumidor. 8.5 PROCESSOS USADOS NA RADIAÇÃO De acordo com as doses aplicadas, são três os processos de radiação de alimentos: Radurização Processo em que se utilizam doses relativamente baixas até média de radiação. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 72 Utilização: produz a inibição do brotamento da cebola, batata e alho, retarda o período de maturação e deterioração de frutas e hortaliças, age sobre insetos, infestadores de cereais e leguminosas. Radicidação Processo em que se aplicam doses médias de radiação. Este processo é também chamado rádio pasteurização ou pasteurização a frio. Utilização: empregado no tratamento de sucos de frutas, conservação de pescados e controle da salmonela, nos produtos avícolas. Radapertização Processo em que se usam maiores doses de irradiação. Utilização: empregado para esterilização de vários produtos, principalmente carnes. 8.6 INATIVAÇÃO MICROBIANA NOS ALIMENTOS A literatura científica claramente demonstra que a irradiação destrói patógenos comuns como Campylobacter jejuni, E. coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp e Staphylococcus aureus. Doses recomendadas para a irradiação de frangos congelado e resfriado são da ordem de 3 a 5 e 1,5 a 2,5 kGy, respectivamente. Estes tratamentos foram efetivos na redução de 3 ciclos logarítmicos do sorotipo de Salmonella mais resistente e reduções ainda maiores para Campylobacter. Irradiando ovos desidratados com 3 kGy, conseguiu-se uma redução entre 104 e 105 UFC/mL para Salmonella em presença de ar, enquanto foi necessária uma dose de 5 kGy, na ausência de ar, para se conseguir as mesmas reduções anteriores, preservando as propriedades sensoriais e tecnológicas do produto. Estudos recentes indicam que uma dose mínima de 0,5 kGy seria suficiente para eliminar S. enteritidis da superfície de ovos enquanto uma dose PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 73 de 1,5 kGy, seria suficiente para eliminar este mesmo microrganismo de toda casca do ovo e do ovo líquido inteiro, sem efeitos adversos na qualidade deste produto. Estudos mostram que o valor D10 de E. coli O157:H7 em hambúrgueres de carne bovina submetidos à radiação com raios gama (60Co), encontrando valores entre 0,17 e 0,27 kGy. Considerando o maior valor de D10 obtido, a dose de 1,08 kGy seria suficiente para reduzir a população de E. coli O157:H7 em 4 ciclos logarítmicos, sem que haja rejeição do produto. Em produtos lácteos, pesquisadores inocularam S. aureus (106 UFC/mL) em queijo Minas Frescal irradiado (0, 1, 2, 3 e 4 KGy) armazenados sob refrigeração. As amostras foram analisadas nos períodos de 1, 7 e 14 dias, sendo concluído que doses entre 2 e 3 são indicadas para a destruição do S. aureus, não interferindo nas propriedades físico-químicas e sensoriais do produto. Já para L. monocytogens inoculada em queijos Cammembert irradiados, a dose de 2,6 kGy não alterou as propriedades sensoriais, permitido uma destruição completa da população inicial de 104 UFC/g. Quando 105 UFC/g foram inoculados no queijo, algumas bactérias apresentaram-se viáveis após armazenamento por 45 dias a 12ºC, entretanto, as sobreviventes eram incapazes de se multiplicar no produto. No entanto, deve-se considerar que a irradiação não é um "milagre" técnico capaz de resolver todos os problemas de preservação de alimentos. Trata-se de uma tecnologia alternativa, entre os recursos atuais disponíveis, para a preservação de alimentos, com a vantagem de causar um mínimo de alterações nas suas propriedades originais. Em alguns casos, como no controle de insetos e microrganismos em condimentos, parece ser a única alternativa viável no futuro. Embora a irradiação represente uma grande promessa no controle de doenças originárias de alimentos, que ainda configuram um grave problema mundial, há ainda uma séria resistência à sua aplicação. A maioria dos consumidores ainda não possui informações suficientes a respeito da segurança e dos benefícios da utilização da irradiação e mesmo em países em que a tecnologia da irradiação é permitida e difundida em uma grande variedade de produtos, essa técnica ainda não é amplamente aplicada. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 74 8.7 INSTALAÇÕES Existem basicamente dois tipos de instalações de irradiação: uma que consiste essencialmente de uma fonte de isótopos de alta energia, capazesde produzir raios gama e, com menor frequência, uma máquina capaz de gerar um feixe de elétrons de alta energia, os chamados aceleradores de elétrons. Os sistemas com radioisótopos não podem conectar ou desconectar. Eles irradiam continuamente. O cobalto-60 possui uma meia vida de 5,26 anos. A cada ano deve ser reposto 12,3% de sua atividade para que não haja diminuição de sua intensidade radiante. Por razões econômicas, quando se utilizam radioisótopos, é conveniente fazer um uso contínuo da fonte radiante. Já os aceleradores de elétrons permitem conectar ou desconectar, o que constitui uma vantagem em relação ao primeiro. O feixe de elétrons pode ser irradiado diretamente sobre o alimento ou produzir raios x ao passar por um anteparo metálico para então irradiar o alimento. PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 75 Figura 6 - Planta de irradiação de alimentos PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 76 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PRINCÍPIOS E MÉTODOS DE CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS 77 AKED, J. Maintaining the Post-Harvest Quality of Fruits and Vegetables. In: JONGEN, W. (ed.) Fruit and Vegetable Processing: Improving Quality. New York: CRC Press, 2002. p.119-149. ALLEN, M.B. The thermophilic aerobic sporeforming bacteria. Bacteriological Review, n.17 p.125-173, 1953. ARAÚJO, J.M.A. Química dos Alimentos. Viçosa: Imprensa Universitária 335p. 1995 ARNOLDI, A. 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