6 - Tratamento termico

Prévia do material em texto

26/09/2019
1
Tratamento térmico no 
processamento de alimentos
Professora Marianne Ayumi Shirai
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Londrina
Operações Unitárias na Indústria de Alimentos
Objetivos do tratamento térmico
• Destruir as células vegetativas e esporos dos
microrganismos (bolores, leveduras, vírus e
bactérias);
• Inativar enzimas indesejáveis;
• Mudanças nas características sensoriais.
• Métodos:
• Branqueamento (Pré-tratamento)
• Pasteurização
• Esterilização
26/09/2019
2
Mecanismo de ação antimicrobiana pelo calor 
• Alterações da permeabilidade das membranas
• Lesão aos lipídios e proteínas da membrana
• Vazamento do conteúdo celular para o meio
circundante, interferindo no crescimento celular
• Danos às proteínas e ácidos nucléicos;
• A lesão produz deformidade na estrutura da proteína e
perda de função;
• A lesão aos ác. nucléicos provoca a interrupção da
replicação de funções metabólicas normais.
Fatores a serem considerados no tratamento 
térmico
 Composição, pH, aw e estado físico do alimento;
 Cinética de penetração de calor;
 Cinética de destruição de microrganismos e parâmetros
que caracterizam sua termoresistência;
 Cinética de reações secundárias que acompanham a
destruição térmica dos microrganismos (degradação de
vitaminas, inativação enzimática, etc);
 Processo de aquecimento;
 Tamanho e tipo do recipiente;
 Movimentação giratória: diminui o tempo de aquecimento
e resfriamento.
26/09/2019
3
Exigências de calor para inativação de 
microrganismos
Classe de 
acidez
pH Alimento Exigência de 
calor
Acidez baixa
6,0 Espinafre, beterraba, 
batata, milho, aspargo, 
couve-flor, vagem, aipo
Temperaturas 
altas de 
processamento 
116 – 121°C
5,0 Quiabo, abóbora, cenoura
Acidez média 4,5 Tomate, pera, pimentão, 
damasco, pêssego
Temperatura de 
fervura da água 
100°C
Ácido 3,7 Chucrute, morango
Acidez alta 3,0 Picles
Transferência de Calor
 Fenômeno que ocorre quando existe uma diferença de
temperatura entre dois materiais;
 Formas de transferência de calor:
 Condução
 Convecção
 Radiação
26/09/2019
4
Transferência de Calor por Condução
 O calor é transferido através de um material (sólido),
sem transporte de matéria;
 A medida que recebem calor, os átomos ou moléculas do
corpo vibram mais intensamente e a energia cinética
dessas partículas é transferida sucessivamente de uma
partícula para outra, essa transferência de energia
cinética é a propagação de calor;
 Assim, corpos mais densos com maior número de
partícula por unidade de volume são bons condutores =>
metais
Transferência de Calor por Convecção
 O calor é transferido de uma superfície (ou fluido) mais
quente para um fluido (ou superfície) mais frio, que
passa pela superfície;
 É mais rápida e aplicada em alimentos líquidos.
26/09/2019
5
Convecção
Convecção
+
Condução
Condução
Sistemas de penetração de calor e ponto frio 
do produto em latas cilíndricas
Região onde o 
aquecimento é mais 
lento e que se 
encontra no centro 
geométrico do eixo 
vertical da lata 
(quando o calor se 
expande por 
condução) e no fundo 
da lata, no eixo 
vertical (quando o 
calor é difundido por 
convecção)
A velocidade de penetração de calor é influenciada pela forma, tamanho,
condutividade do material da embalagem, tipo de alimento, composição
da salmoura ou xarope e pré-cozimento.
26/09/2019
6
Penetração do calor em uma lata com um 
alimento aquecido por condução 
(a) Temperatura da autoclave; (b) Temperatura no ponto de aquecimento mais 
lento
Influência do tempo de tratamento a 
temperatura constante
 Existe uma relação linear entre o logaritmo do número de
células vegetativas ou de esporos sobreviventes e a
duração do tratamento térmico:
Log de 
sobreviventes
26/09/2019
7
Influência do tempo de tratamento a 
temperatura constante
 Sendo N o número de células sobreviventes, esta relação é
escrita:
𝑙𝑜𝑔𝑁 = 𝑎𝑡 + 𝑏
 Considerando N0 a população inicial a equação fica:
𝑙𝑜𝑔𝑁 = 𝑎𝑡 + 𝑙𝑜𝑔𝑁0
 A partir da equação 2 calcula-se o tempo de tratamento D
durante o qual a população de microrganismos é reduzida em
90% ou em 1/10. Portanto, obtém-se que D=1/a e a equação fica:
𝑙𝑜𝑔𝑁 = −
𝑡
𝐷
+ 𝑙𝑜𝑔𝑁0 ou log
𝑁𝑜
𝑁
=
𝑡
𝐷
(1)
(2)
No = Concentração ou número inicial de microrganismos.
N = Concentração ou número de microrganismos após 
tempo t
t = tempo
D = Tempo de redução decimal
(3)
Influência do tempo de tratamento a 
temperatura constante
 Na forma exponencial:
𝑁 = 𝑁010
−
𝑡
𝐷 (4)
26/09/2019
8
Efeito da temperatura de tratamento
 Existem infinitas combinações tempo x temperatura 
que produzem o mesmo grau de destruição;
Efeito da temperatura de tratamento
 Para uma dada taxa de destruição, o tempo de tratamento e a
temperatura estão relacionadas por uma equação:
𝑙𝑜𝑔𝑡 = 𝑎𝑇 + 𝑏
 Todas as combinações tempo x temperatura pertencentes a
reta da figura correspondem a um tratamento térmico
equivalente. Seja uma combinação tempo x temperatura
padrão (T*, t*) a equação 5 ficará:
𝑙𝑜𝑔𝑡∗ = 𝑎𝑇∗ + 𝑏
 Combinando a equação 5 e 6 temos:
𝑙𝑜𝑔
𝑡
𝑡 ∗
= −𝑎 𝑇 − 𝑇∗
(5)
(6)
(7)
26/09/2019
9
Efeito da temperatura de tratamento
 A equação 7 permite calcular a diferença de temperatura z
para a qual o tempo de tratamento deve ser multiplicado ou
dividido por um fator 10 afim de obter um tratamento
equivalente. Se tem z = 1/a e a equação 7 se converte em:
𝑙𝑜𝑔𝑡 =
− 𝑇 − 𝑇∗
𝑧
+ 𝑙𝑜𝑔𝑡∗
 Ou na forma exponencial:
𝑡 = 𝑡∗10−
(𝑇−𝑇∗)
𝑧
 Portanto, z corresponde a elevação de temperatura
necessária para reduzir 1/10 o tempo de tratamento térmico
para obter a mesma taxa de destruição.
 A equação também se aplica a D:
𝐷 = 𝐷∗10−
(𝑇−𝑇∗)
𝑧
(8)
(9)
Quantificação do tratamento térmico
Pode-se fixar a taxa de redução decimal a conseguir.
Uma redução decimal n corresponde a uma taxa de
sobreviventes N/No = 10
-n. A redução n é tal que:
log
𝑁𝑜
𝑁
=
𝑡
𝐷𝑡
= n
t = n.D
Se fixarmos T = 121, 1°C e n = 12 para destruição de
C. botulinum e considerarmos que a população inicial é de No
= 103, isso significa que após o tratamento térmico a
população será reduzida para N = 10-9.
Sabendo-se que D121,1°C = 0,21 minutos, o tempo de
esterilização será de:
t = 12 x 0,21 = 2,52 minutos
26/09/2019
10
Eficiência térmica em função do tempo 
de exposição
 Fonte: Camargo et al (1989) citado por César
Valores de z e D
26/09/2019
11
Valores de z e D
Valores de z e D
26/09/2019
12
Exercícios
1) Qual a contagem de esporos de um alimento que foi
submetido ao tratamento térmico a 230oC por 10 minutos,
sabendo-se que a contagem inicial do produto era de 1,05 x 106
UFC/g e seu D é de 7,5 minutos?
2)Um determinado alimento composto por 2 x 106 UFC/g de
microrganismo foi submetido ao tratamento térmico a 95oC por
um período de 3 minutos resultando em uma contagem final de
6 x 102 UFC/g. Qual é o D95 desse alimento?
3) Um suco com contagem inicial de 4 x 105 UFC/mL foi
pasteurizado a 79°C por 21 segundos. Considerando que D65°C
= 7 min e z = 7°C, qual a contagem de microrganismos após a
pasteurização?
ESTERILIZAÇÃO
 Destruição de 
microrganismos 
termorresistentes
(bactérias esporuladas) 
para conseguir 
esterilidade comercial;
 Temperaturas acima de
100ºC.
PASTEURIZAÇÃO
 Destruição de 
microrganismos 
patogênicos não 
esporulados;
 LTH (low temperatureholding) → 62 a 68ºC;
 HTST (High Temperature,
Short Time) → 72 a 85º;
26/09/2019
13
Equipamentos
Tratamento térmico
Antes do envase Após envase
Trocadores de calor
(líquidos)
Injeção de 
vapor/água (sólidos)
Autoclaves
Trocadores de calor
 São equipamentos que aquecem ou resfriam algum
fluido, usando para este fim outro fluido numa
temperatura diferente;
 Existem basicamente duas classes de trocadores de
calor:
 Injeção direta: é feita simplesmente uma mistura
dos fluidos.
 Superfície: há uma superfície, geralmente
metálica, entre os dois fluidos que transferem calor
entre si.
26/09/2019
14
 Para todos os tipos de trocador de calor de
superfície, a sua eficiência vai ser dada pela
velocidade com que o calor vai ser transferido, o que
está principalmente relacionado a:
resistência da interface à condução de calor (está
relacionado com coeficiente de transferência de
calor por condução do material constituinte da
interface e sua espessura);
tamanho da superfície de troca de calor;
proximidade entre o fluido e a interface;
forma de escoamento dos fluidos.
Classificação dos trocadores de calor
TROCADOR DE CALOR
Contato 
indireto
Placas
Tubular
Superfície 
raspada
Casco e tubos
Contato direto
Injeção de 
vapor
Infusão de 
vapor
26/09/2019
15
Trocador tubular
 Consiste em dois tubos concêntricos , onde um dos
fluidos escoa pelo tubo interno e o outro pela parte
anular entre ambos;
 Pode ser escoamento paralelo ou contra corrente;
Trocador tubular
26/09/2019
16
Trocador casco e tubos
 São constituídos basicamente por um feixe de tubos
envolvidos por um casco, normalmente cilíndrico, onde
um dos fluidos circula externamente ao feixe e o outro
pelo interior dos tubos;
 Defletores ou chicanas:
 conduzem o escoamento do fluido de forma ora
cruzado, ora paralelo, ocasionando turbulência e um
maior tempo de residência do fluido do casco => 
transferência de calor;
 ajudam a suportar os tubos no interior do casco,
evitando a flexão dos mesmos.
Trocador casco e tubos
Os componentes principais são
representados pelo cabeçote de
entrada, casco, feixe de tubos e
cabeçote de retorno ou saída.
26/09/2019
17
Trocador de placas
 Grande aplicação nas indústrias de leite e bebidas => líquidos
de baixa viscosidade (< 5 Pa.s), partículas menores 0,3 cm Ø;
 Consiste em um pacote de placas de aço inoxidável
paralelamente arranjadas, com pequenas aberturas para
passagem de dois líquidos, entre os quais, ocorrerá a
transferência de calor;
 As placas contém gaxetas que vedam o canal e direcionam os
fluidos em canais alternados;
 O número de placas é determinado pela vazão, propriedades
físicas dos fluidos, perda de carga e programa de
temperatura.
Trocador de placas
https://www.youtube.com/watch?v=b1dzl5iok
YQ
26/09/2019
18
Placas
 As corrugações das placas promovem alta turbulência no
fluido e suportam as placas contra o diferencial de
pressão.
Trocador de superfície raspada
 Indicados para alimentos viscosos que podem ser 
bombeados;
https://www.youtube.com/watch?v=TjgWBk4k
vbo
26/09/2019
19
Trocadores de calor por injeção de vapor
 Contato direto entre o produto e o meio 
de aquecimento;
 Envolvem transferência de calor e 
massa;
 Taxas elevadas de transferência de calor 
=> aquecimento instantâneo;
 Há diluição do produto;
 “Vapor sanitário”.
Autoclaves
OPERAÇÃO TIPO DE EQUIPAMENTO
Contínua Rotativa tipo carretel
Rotativa tipo espiral
Hidrostática
Batelada Estacionária
Semiautomática
Batelada automatizada
26/09/2019
20
Autoclaves
Autoclave
 Autoclave por sistema batelada
26/09/2019
21
Autoclaves rotatórias
Autoclave horizontal
26/09/2019
22
Autoclave contínua hidrostática
• Autoclave hidrostática continua
• Resulta em produto
uniformes;
• Favorece alterações graduais
na pressão, reduzindo a
tensão nas soldas das
embalagens;
• Processa grande quantidade
de embalagem
• Desvantagem: em caso de
pane ocorre grandes perdas
Tanques
26/09/2019
23
Processo asséptico
• Conhecidos como sistema Ultra Alta Temperatura (UHT);
• Consiste na exposição do produto a elevadas temperaturas
por um curto espaço de tempo (130 a 150ºC por 2 a 4 s);
• São voltados para produtos líquidos e semi-viscosos como
leite, sucos, concentrados de frutas, creme, iogurte, vinho,
molhos para salada, ovos e mistura para sorvetes.
• O processamento asséptico pode ser classificado em:
• Esterilização por aquecimento direto
• Esterilização por aquecimento indireto
Condições de tempo e temperatura para UHT 
e esterilização convencional
26/09/2019
24
TANQUE DE 
SUPRIMENTO
DE PRODUTO
AQUECIMENTO
DO PRODUTO
RESFRIAMENTO
DO PRODUTO
TANQUE DE
ARMAZENAMENTO
ASSÉPTICO
ESTERELIZAÇÃO 
DE EMBALAGEM
Métodos diretos ou indiretos
https://www.youtube.com/watch?v=QeLlXYdOdqU
Aquecimento direto
• Consiste na pulverização do produto sobre o vapor a
elevada pressão;
• Esta operação ocasiona adição de água no produto, mas
uma etapa posterior, regula-se a taxa total de sólidos,
eliminando-se a água por evaporação;
• Procedimento utilizado em produtos lácteos.
26/09/2019
25
• Sistema de injeção de 
vapor:
• Sistema de injeção 
direta de vapor (fig. 
9.12)
• Sistema de infusão de 
vapor (fig. 9.13)
 Vantagens do sistema de aquecimento direto:
 Método de aquecimento e de resfriamento rápido, ideal 
para alimentos termosensíveis;
 Remoção de voláteis em alguns alimentos;
 Desvantagem: 
 Adequado para alimentos de baixa viscosidade;
 Controle de processo limitado;
 Regeneração de energia é menor que 50%, enquanto
o indireto é superior a 90%;
 Pouca flexibilidade para mudança de produto.
26/09/2019
26
Aquecimento indireto
• Neste sistema o calor é transferido através de meio de
aquecimento para o produto através de superfície de
contato.
• Podem ser baseados em:
• Trocador de calor em placas
• Trocador de calor tubulares
• Trocador de calor de superfície raspada
Efeito nos alimentos
 Cor
 Escurecimento por reação de Maillard e
caramelização;
 Carnes => pigmento vermelho oximioglobina é
convertido em metamioglobina de cor marron;
 Frutas e hortaliças => clorofila é convertida em
feofitina, degradação da antocianina, isomerização
carotenoides.
 Sabor e aroma
 Produção de compostos aromáticos;
 Sabor “cozido”.
26/09/2019
27
Efeito nos alimentos
 Textura
 Carnes
 coagulação e perda da capacidade de retenção de água
das proteínas, que causam encolhimento e
endurecimento;
 o amolecimento é causado pela hidrólise do colágeno e
pelo derretimento e dispersão das gorduras através do
produto.
 Frutas e hortaliças
 Amolecimento é causado pela hidrólise de materiais
pécticos e gelatinização do amido e solubilização parcial
da hemicelulose.
 Leite
 Pequenas mudanças na viscosidade causadas pela
modificação da k-caseína (precipitação).
Atividade