Trabalho Balanço de Massa na Indústria, Fundamentos (3)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA DE ALIMENTOS
ETAPAS DO PROCESSAMENTO, BALANÇO DE MASSA E RENDIMENTO DE EXTRATO DE TOMATE EM UMA INDÚSTRIA DE PEQUENO PORTE FICTÍCIA 
PALMAS
2018
UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA DE ALIMENTOS
KAMILA VELOSO DA SILVA
LUIZ EVANDRO DE MELO JUNIOR
ROMILDA RAMOS DA SILVA
ETAPAS DO PROCESSAMENTO, BALANÇO DE MASSA E RENDIMENTO DE EXTRATO DE TOMATE EM UMA INDÚSTRIA DE PEQUENO PORTE FICTÍCIA
Trabalho apresentado como requisito para obtenção de nota parcial da disciplina Fundamentos da Engenharia de Alimentos, do curso de Engenharia de Alimentos da Universidade Federal do Tocantins. 
Professor: Abraham Damian Giraldo Zuniga.
PALMAS
2018
INTRODUÇÃO
A cadeia agroindustrial do tomate está entre as mais importantes no âmbito do agronegócio brasileiro. A cultura do tomate para processamento industrial movimenta as indústrias paralelas de insumos, embalagens, máquinas agrícolas e equipamentos de irrigação. Como matéria-prima, o tomate para processamento de derivados representa a principal atividade geradora de renda para grande número de produtores, tornando-se significativa fonte de renda regional (MELO e VILELA, 2005).
A cultura do tomateiro apresenta uma grande relevância no Brasil, tanto por sua representatividade na mesa do consumidor brasileiro, sendo uma das hortaliças mais consumidas no mundo, quanto por sua quantidade produzida (FERREIRA et al., 2012). Estima-se que um terço da produção brasileira de tomate seja destinado ao processamento industrial para fabricação de alimentos como molhos, extratos, polpas, ketchups, sucos, etc (CAPUTO et al, 2015). 
De acordo com o IBGE (2015), nas safras de 2014 e 2015 há uma queda de 19,3% na produção do tomate, a qual de 4,3 milhões de toneladas passa a ser 3,4 milhões de toneladas, aproximadamente. Tal decréscimo da produção é resultado principalmente da área planta plantada em 15,7%, pois, segundo os estados de maior produção, Goiás, Minas Gerais e São Paulo estimam redução da área plantada e o principal fator limitante da produção nesta safra é o clima que se mostrou até o momento com precipitações pluviométricas abaixo do necessário para o bom desenvolvimento da cultura. Nos anos de 2016 e 2017 há um aumento na produção de 1,3%, a qual passa a ser 3,78 milhões de toneladas (IBGE, 2016). 
A produção de tomate na região Norte é estimada em 3,5 mil toneladas na safra de 2015, sendo o estado de Roraima como maior produtor (IBGE, 2015). Já nos anos de 2016 e 2017, há uma queda na produção de 22%, a produção do ano de 2017 passa a ser 10,9 mil toneladas e o Pará passa a ser o maior produtor (IBGE, 2016).
A produção de extrato de tomate a partir de fruto vegetal é considerado um método de conservação. A sua preservação ocorre devido a evaporação da água presente no alimento diluído, obtendo-se assim um produto mais concentrado (MACHADO, 2011). 
OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Ilustrar as etapas de fabricação de extrato de tomate em uma indústria de pequeno porte, além da realização do balanço de massa e cálculo de rendimento do processo.
2.2 Objetivos específicos
Realizar uma breve revisão bibliográfica a respeito das características do extrato de tomate e seus ingredientes;
Elaborar um fluxograma de processamento, ilustrando cada etapa da produção de extrato de tomate;
Calcular o Balanço de Massa Global e Parcial, assim como o rendimento do processo.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 TOMATE
Atualmente, quase todas as áreas cultivadas com tomateiro destinado ao processamento industrial são plantadas com mudas produzidas em bandejas e transplantadas com auxílio de máquinas ou até mesmo manualmente, dispensando-se o uso de canteiros. O sistema de transplante tem como vantagens: menor gasto de sementes; menor tempo de permanência da planta no campo; redução das despesas com irrigações e pulverizações; e redução dos níveis de infecção precoce por Geminivírus e Tospovírus. Em razão do alto custo do transplante manual – que é muito trabalhoso e demorado–, este sistema somente se viabilizou com a introdução das máquinas transplantadeiras. Entretanto, a produção de mudas tem de ser feita sob rigoroso controle sanitário para evitar que elas sejam foco de disseminação de pragas e doenças (EMBRAPA, 2006).
O tomate é composto principalmente por água, cerca de 93% a 95% de sua massa, nos 5% a 7% restante encontram-se compostos inorgânicos, ácidos orgânicos, açúcares, sólidos insolúveis em álcool e outros compostos, descritos na Tabela 1, segundo a EMBRAPA (2006). 
Tabela 1. Composição dos frutos maduros de tomate (% matéria seca).
	Sólidos solúveis
	
	Glucose
	22
	Frutose
	25
	Sucrose
	1
	Sólidos insolúveis em álcool
	
	Proteínas
	8
	Substâncias pécticas 
	7
	Hemicelulose
	4
	Celulose
	6
	Ácidos orgânicos
	
	Ácido cítrico
	9
	Ácido málico
	4
	Minerais
	
	Principalmente K, Ca, Mg, P
	8
	Outros
	
	Lipídeos
	2
	Aminoácidos dicarboxílicos
	2
	Pigmentos
	0,4
	Ácido ascórbico
	0,5
	Voláteis
	0,1
	Outros aminoácidos, vitaminas e polifenóis
	1,0
Fonte: EMBRAPA (2006).
Tomates e produtos de tomate são ricos em vitaminas e componentes alimentares apontados como antioxidantes, sendo considerado fonte de carotenoides, em particular do ácido ascórbico, compostos fenólicos e o licopeno (ABUSHITA et al., 1997. Sendo o licopeno um poderoso antioxidante que combate os radicais livres, retarda o envelhecimento e pode proteger contra o câncer, inclusive o de próstata (JORNAL HOJE, 2010).
Tabela 2. Teores de vitaminas nos frutos maduros de tomate (valores médios por 100g de frutos secos). 
	Vitamina A (b-caroteno)
	900-1271 i.u.*
	Vitamina B1 (tiamina)
	50-60 mg
	Vitamina B2 (riboflavina)
	20-50 mg
	Vitamina B3 (ácido pantotênico)
	50-750 mg
	Vitamina do complexo B6
	80-110 mg
	Ácido nicotínico (niacina)
	500-700 mg
	Ácido fólico
	6,4-20 mg
	Biotina
	1,2-4,0 mg
	Vitamina C
	15000-23000 mg
	Vitamina E (a-tocoferol)
	40-1200 mg
	* 1 i.u. (unidade internacional) = 0,6 mg de b-caroteno
Fonte: EMBRAPA (2006).
3.2 CLASSIFICAÇÃO DO TOMATE
Segundo a Portaria 553/1995 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) de 15 de setembro de 1995 o tomate é classificado como um fruto pertencente a espécie Lycopersicon esculentum Mill. Podendo ser categorizado por:
3.2.1 Grupos 
De acordo com o formato do fruto:
- Oblongo: Quando o diâmetro longitudinal for maior que o transversal;
- Redondo: Quando o diâmetro longitudinal for menor ou igual ao transversal.
3.2.2 Subgrupos 
De acordo com a coloração do fruto em função do estágio de maturação:
- Verde maduro: quando se evidencia o início de amarelecimento na região apical do fruto;
- Pintando (de vez): quando as cores: amarelo, rosa ou vermelho encontra-se entre 10(dez) e 30 (trinta) por cento da superfície de fruto;
- Rosado: quando 30% a 60% do fruto encontra-se vermelho;
- Vermelho: quando o fruto apresenta entre 60% e 90% da sua superfície vermelha; 
- Vermelho maduro: quando mais de 90% da superfície do fruto encontra-se vermelha.
3.2.3 Classes ou calibres .	
De acordo com o maior diâmetro transversal do fruto, "o tomate oblongo" será classificado em 3 (três) classes, conforme a tabela 3.
Tabela 3. Classes do tomate oblongo.
	Classes ou Calibres
	Maior diâmetro transversal (mm)
	Grande
	Maior que 60
	Médio
	Entre 50 e 60
	Pequeno
	Entre 40 e 50
Fonte: Ministério da Agricultura, Pecuária e abastecimento (1995).
O "tomate redondo", com exceção do Lycopersicon esculentum, variedade ceraciforme (cereja), de acordo com o maior diâmetro transversal do fruto, será classificado em 04 (quatro) classes conforme o estabelecido da tabela 4.
Tabela 4: Classes do tomate redondo.
	Classes ou calibres
	Maior diâmetro transversal (mm)
	Gigante
	Maior que100
	Grande
	Entre 80 e 100
	Médio
	Entre 65 e 80
	Pequeno
	Entre 50 e 65
Fonte: Ministério da Agricultura, Pecuária e abastecimento (1995).
3.3 CARACTERÍSTICAS DO EXTRATO DE TOMATE
3.3.1 Definição
A legislação vigente, RDC n° 272 de 2005, define extrato de tomate ou concentrado de tomate como o produto obtido da polpa de frutos do tomateiro (Lycopersicum esculentum L.), devendo conter, no mínimo 6% de sólidos solúveis naturais de tomate, podendo ser adicionado de sal e ou açúcar. A composição do extrato de tomate é descrita na Tabela 2 a seguir. 
Tabela 3. Composição de extrato de tomate por 100 g de parte comestível: centesimal, vitaminas e colesterol. 
	Composição Centesimal
	Extrato de Tomate
	Umidade (%)
	80
	Energia (kcal)
	61
	Proteína (g)
	2
	Lipídeos (g)
	traço
	Colesterol (mg)
	0
	Carboidrato (g) 
	15
	Fibra Alimentar (g)
	2,8
	Cinzas (g) 
	2,8
	Cálcio (mg)
	29
	Magnésio (mg)
	29
Fonte: TACO (2004)
3.3.2 Rotulagem
A Resolução ANVISA RDC 360/03 - REGULAMENTO TÉCNICO SOBRE ROTULAGEM NUTRICIONAL DE ALIMENTOS EMBALADOS torna obrigatória a rotulagem nutricional baseada nas regras estabelecidas com o objetivo principal de atuar em benefício do consumidor e ainda evitar obstáculos técnicos ao comércio. As porções indicadas nos rótulos de alimentos e bebidas embalados foram determinadas com base em uma dieta de 2000 kcal considerando uma alimentação saudável e foram harmonizadas com os outros países do Mercosul. Elas estão publicadas na Resolução ANVISA RDC 359/03 - REGULAMENTO TÉCNICO DE PORÇÕES DE ALIMENTOS EMBALADOS PARA FINS DE ROTULAGEM NUTRICIONAL (BRASIL, 2005).
Tem-se na Figura 1 o modelo vertical do rótulo, nele estão descritas na primeira coluna todas informações nutricionais obrigatórias.
Figura 1: Modelo de rótulo. Fonte: Brasil, 2005.
CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA
A Indústria Canteiro Ltda. registrada no CNPJ 123.456.789/1111-22 foi fundada no primeiro semestre letivo de 2018 por três sócios majoritários. A indústria conta hoje com 8 funcionários responsáveis desde o recebimento da matéria prima até o produto final pronto para o transporte.
Adicionar slogan e rótulo do produto
FLUXOGRAMA DO PROCESSO 
As etapas do processamento adaptadas estão descritas segundo a metodologia de Doro et al. (2008). A Figura 1 apresentada o fluxograma da produção do extrato de tomate.
Figura 2. Fluxograma da produção do extrato de tomate. Fonte: Fonte: Adaptado de Silva e Giordano, 2006.
5.1 Recebimento
Diariamente 100 toneladas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) são recebidas, em caixas padronizadas de produtores regionais, para facilitar na hora da pesagem, afim de garantir um produto fresco e assim ter um baixo índice de percas e maior qualidade do produto. 
5.2 Pré-seleção e lavagem
A primeira lavagem é realizada por aspersão para a retirada das sujidades mais grosseiras como a terra, areia, galhos, folhas entre outros tipos. Em seguida os tomates são imersos em um tanque com água clorada 100 ppm por 10 minutos para retirada das demais impurezas. Além disso, são retirados os tomates que se encontram impróprios para o consumo
5.3 Seleção 
A seleção é realizada para evitar que a matéria prima estragada remanescentes não siga as demais etapas da produção do extrato de tomate.
5.4 Segunda lavagem
O tomate é passado para um outro tanque, no qual permanece um maior tempo imerso em água clorada 6-8 ppm residual livre. Em seguida são colocados em uma esteira de rolos giratórios que transporta os tomates e ao mesmo tempo os fazem rolar por uma série de aspersores de água a alta pressão que retiram os últimos resíduos. Essa água também é clorada na base de 5 ppm de cloro residual livre.
5.4 Trituração
O tomate segue para o triturador que consiste em cilindros com dentes girando alojados em uma câmera afim de triturar toda matéria prima, com o cuidado de não quebrar as sementes para não afetar negativamente a textura do extrato.
5.5 Tratamento térmico
Os tomates triturados seguem para um tanque onde são aquecidos por cerca de 15 segundos a uma temperatura entre 88 e 90 ºC. Operação está realizada para tornar a polpa mais macia, além de inativar enzimas e facilitar a remoção da pele nas próximas operações. Com o tratamento térmico a também um maior rendimento da poupa devido ao enriquecimento da pectina, o que aumenta a viscosidade e diminui a separação da polpa do sumo.
5.6 Despolpamento e refinação
Nessa operação o tomate passa pela despolpadeira, equipamento este que consiste em um cilindro cuja parte inferior é feita com uma placa forte, perfurada, de aço inoxidável na forma de um meio cilindro. Dentro do cilindro giram pesadas pás em alta velocidade e os tomates partem-se com o impacto das pás ou das paredes da máquina contra as quais são jogados. O suco e o sumo passam através da tela para o tanque e as cascas, as sementes e a fibra passam por uma abertura na extremidade inferior da máquina, realizando assim sua separação. As cascas e sementes são então descartadas.
5.7 Evaporação do suco
O suco então segue para evaporação, processo este que tem a função de reduzir a atividade de água (), fazendo assim com que o suco se concentre. A água evaporada, proveniente apenas do tomate, passa por uma torre de condensação e sai por evaporação a vácuo, o que permite uma condição de evaporação de 50 a 60 ºC. No fim do processo a polpa se encontra com uma média de 29º Brix, e posteriormente a polpa é diluída até atingir uma média de 16º Brix.
5.8 Reservatório e adição de ingredientes
A polpa é então levada um reservatório onde será cozida e adicionados os demais ingredientes, como o sal, açúcar, vinagre e especiarias.
5.9 Pasteurização
Nessa etapa é realizada uma pasteurização no reservatório a uma temperatura de 82 ºC por 45 minutos.
5.10 Enchimento a quente de latas e fechamento
O extrato é então enlatado ainda quente e fechado a vácuo. Utilizando latas de 340 g e 1 Kg.
5.11 Pasteurização 
As latas após fechadas são pasteurizadas em um trocador de calor tubular a 90-95 ºC por 15 minutos, para garantir assim maior tempo útil de prateleira ao alimento.
5.12 Resfriamento e polpa concentrada em latas
Após embaladas e pasteurizadas as polpas concentradas em latas são resfriadas até temperatura ambiente e seguem para a rotulação.
5.13 Rotulagem
São fixados os rótulos as latas contendo o slogan da indústria e a tabela nutricional do extrato de tomate produzido.
BALANÇO DE MASSA E RENDIMENTO
Balanço de massa é um elemento fundamental para a análise de um novo processo ou um processo existente. Baseia-se na lei fundamental da conservação das massas, logo, toda a massa que entra é igual a toda massa que sai, caso não ocorra um acúmulo. A operação de um processo pode ser classificada em a) batelada, na qual o tanque é inicialmente alimentado e apenas no final o conteúdo é removido, ou seja, não existem massas sendo transferidas no sistema durante o processo; b) contínuo, configura um sistema de fluxo contínuo de massas entrando e saindo do sistema; e c) semi-batelada ou semi-contínua, são os tipos de processos que não se enquadram nem em batelada, nem contínuo (AQUIM, et al., 2004; STEPHANI et al., 2012).
Segundo Caputo et al. (2015) para produzir 1 kg de extrato a 29º Brix são necessários 5,8 Kg de tomate, gerando 4,8 % de resíduos e evaporando 4,522 litros de água. Então utilizando 100 toneladas por dia, temos:
Figura 3: Diagrama de blocos global.
6.1 Balanço de massa global
M = (P + p)					(Eq. 01)
Onde, 
(M) é matéria prima do processo;
(P) é o produto final;
(p) são as percas durante o processo.
6.2 Balanço de massa para as percas
p = (M – P)					(Eq. 02)
Se para cada 5,8 kg de tomate são produzidos 1 kg de extrato 29º Brix, então 100 toneladas serão produzidas 17,2413 ton de extrato de tomate 29º Brix, logo:
p = (100 ton – 17,2413 ton) = 82,75 ton
Sendo 78,778 ton de água evaporada e 3,972 ton de resíduos.
6.3 Balanço de massapara concentração
Serão produzidas 17,2413 toneladas de extrato de tomate 29º Brix, para a comercialização desse extrato o mesmo deve possuir em média 16º Brix. Segundo Caputo et al. (2015) é necessário diluir o extrato 29º Brix para transformar em 16º Brix. Para isso deve ser adicionado em 1 kg de extrato de tomate 0,8125 kg de água. Então para 17,2413 toneladas de extrato deve ser utilizado 14008,62 toneladas de água.
Figura 4: Diagrama de blocos para concentração.
Calculando:
A + a = P					(Eq. 03)
17241,38 ton + 14008,62 ton = P
P = 31,25 toneladas de extrato de tomate 16º Brix.
CÁLCULO DO RENDIMENTO
			(Eq. 04)
	
	
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABUSHITA, AA. DAOOD, HG. BIACS, PA. Change in carotenoids and antioxidante vitamins in tomato as a function of varietal and technological factores. J. Agric Food chem. 2000; 48(6): 2075-2081.
AQUIM, P. M. et al. Balanço de massa nos processos de ribeira e curtimento. In: Congresso FLATIQ, Buenos Aires, Argentina. 2004.
BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Portaria 553/1995 de 15 de setembro de 1995. Norma de identidade, qualidade, acondicionamento, embalagem e apresentação do tomate. Diário Oficial da Re República Federativa do Brasil, Brasília, set. 1995. (Consulta pública).
BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. RDC n° 272 de 22 de setembro de 2005. Propõe o Regulamento Técnico para Produtos de Vegetais, Produtos de Frutas e Cogumelos Comestíveis. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, set. 2005. (Consulta pública).
CAPUTO, L. Z. S. et al. processamento do extrato de tomate: quantidade de água utilizada em planta industrial. ACTA AMBIENTAL CATARINENSE, [S.l.], v. 10, n. 1/2, p. 19-27, set. 2013.
DORO, Â.; SILVA, E.S. Processamento de ketchup. Escola Superior Agrária. 2008. Disponível em: http://www.esac.pt/noronha/pga/0708/trabalhos/processamento_ketchup_pga_07_08.pdf&gt. Acesso em 23 de outubro de 2018.
EMBRAPA. Sistemas de Produção: Cultivo do Tomate para industrialização. ed. 1. 2006. Disponível em: 		 https://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Tomate/TomateIndustrial_2ed/composicao.htm. 	Acesso em: 20 de out. de 2018. 
FERREIRA, R. M. DE A. et al. Caracterização física e química de híbridos de tomate em diferentes estádios de maturação produzidos em Baraúna, Rio Grande do Norte. Ceres, v. 59, n. 4, 2015.
IBGE. Pesquisa mensal de previsão e acompanhamento de safras agrícolas no ano civil. Levant. Sistem. Prod. Agríc. Rio de Janeiro v. 29, n. 1, p.1-83. 2015.
IBGE. Pesquisa mensal de previsão e acompanhamento de safras agrícolas no ano civil. Levant. Sistem. Prod. Agríc. Rio de Janeiro v. 30, n. 1, p.1-83. 2016.
JORNAL HOJE. O Tomate é rico em Vitamina C e combate os famosos radicais livres. Edição do dia 26 de agosto de 2010. Disponível em: http://g1.globo.com/jornal-hoje/noticia/2010/08/faca-receitas-diferentes-com-tomate.html. Acesso: 29 de outubro de 2018.
MACHADO, W. R. C. Processamento e Preservação de alimentos. 6 p. Relatório (ENGENHARIA E CIÊNCIA DE ALIMENTOS) - Escola de Química e Alimentos, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande - RS, 2011.
MELO, P.C.T.; VILELA, N.J. Desafios e perspectivas para a cadeia brasileira do tomate para processamento industrial. Horticultura Brasileira, Brasília, v.23, n.1, p.154-157, jan.-mar. 2005.
SILVA, J.B.C.; GIORDANO, L.B.; 2006. Cultivo de Tomate para Industrialização. Sistemas de Produção, Versão eletrônica, 2ª Edição, Embrapa Hortaliças, Brasília, Dezembro/2006.
STEPHANI, R.; TULER, I. Balanço de massa aplicado a tecnologia de produção do leite condensado: considerações teóricas. Rev. Inst. Latic. “Cândido Tostes”, Jul/Ago, nº 387, 67: 49-56, 2012.
TACO. Tabela Brasileira de Composição de Alimentos. UNICAMP. Campinas: NEPA-UNICAMP, p. 42, 2004.