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Tecnologia de Alimentos Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof.ª Me. Luciane Gomes Faria Revisão Textual: Prof. Esp. Claudio Pereira do Nascimento Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente • Introdução; • Operações Unitárias; • Redução de Tamanho em Alimentos Líquidos, Emulsificação e Homogeneização; • Equipamentos Utilizados no Processo de Mistura. • Apresentar o conceito de operações unitárias; • Identifi car as operações unitárias mais utilizadas na indústria de alimentos; • Apresentar o fl uxo de produção de produtos alimentícios, • Equipamentos envolvidos em tecnologia de alimentos que não utilizam calor em sua transformação. OBJETIVOS DE APRENDIZADO Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Introdução Retomando o conceito já visto, a preocupação com a qualidade e a sanidade do produto inicia-se na origem da matéria-prima, passa pela manipulação industrial, artesanal e/ou comercial, segue pelo transporte e completa-se nos setores de arma- zenamento, estocagem e exposição para a venda ao consumidor. O procedimento correto na preparação da matéria-prima com a utilização das técnicas adequadas de preparo e manipulação permite a preservação da pureza, da palatabilidade e da qualidade microbiológica dos alimentos. Assim sendo, contribui de maneira muito eficaz para a obtenção de um produto de melhor qualidade nutricional e sensorial, garante que o alimento tenha boas condições higiênico/sanitárias. Para isso, vamos dar um passeio pelo mundo das operações unitárias. Operações Unitárias Conforme já abordamos na unidade anterior, não conseguimos falar de tecnolo- gia de alimentos sem abordar as operações unitárias que consistem em um fluxo- grama de produção de um alimento. Operações: fundamenta-se nas transformações físicas sofridas pela matéria prima na sua forma, dimensão e temperatura. Processo: quando durante a transformação da matéria prima ocorrem reações químicas. Processo de fabricação: conjunto de operações e processo que objetivam transformar uma determinada matéria-prima em um determinado produto final. Fluxograma: representação gráfica de um procedimento, problema ou sistema, cujas etapas ou módulos são ilustrados de forma encadeada por meio de símbolos geométri- cos interconectados. Ex pl or As Operações Unitárias no processamento de alimentos envolvem vários proce- dimentos para atingir as modificações desejadas, sendo que cada operação possui um efeito específico, identificável e previsível no alimento. • Operações de obtenção da matéria prima: » Colheita; » Ordenha; » Abate; » Pesca; 8 9 » Grau de maturação (cor, tamanho, aroma, textura, Brix, acidez, idade ou peso do animal). • Transportes, Recepção e Armazenamento de Matérias-primas; • Limpeza: » Secos; » Úmidos. A qualidade dos alimentos que chegam à mesa de todas as pessoas a cada dia tem grande parcela de responsabilidade dos processos de armazenamento e transporte destes produtos. Segundo o Departamento Nacional de infraestrutura de transportes (DNIT), o país possui pouco mais de 1,7 milhões de quilômetros de estradas, dos quais apenas cerca de 10% são pavimentados, num total de apro- ximadamente 172.897 quilômetros. Desses, 57.211 km são de estradas federais (33%), 94.753 km são de estradas estaduais (55%) e 20.914 km são de estradas municipais (12%). Oitenta por cento dos pavimentos tem mais de dez anos, isso justifica a importância do transporte na qualidade dos alimentos. A limpeza é um processo que deve ser realizado antes do processamento, visto que tem o objetivo de remover contaminantes, areia, insetos etc. Esse cuidado é essencial tanto para a proteção do processo como para o produto final. Ela deve ocorrer tão logo seja possível, pois a partir desta remoção evita-se o contato do ali- mento com microrganismos ou outros fatores que possam acelerar sua degradação. O procedimento de limpeza pode ser classificado em seco, onde geralmente são utilizados para produtos pequenos com maior resistência e menores teores de umidade, normalmente tem custo baixo produzindo efluente industrial concentrado seco, os principais equipamentos utilizados nesse procedimento são: separação por jato de ar por meio de peneira e magnetismo ou métodos físicos. Métodos Úmidos para higienização tem a vantagem de ser eficiente para remoção de resíduos como terra, pós, pesticidas, agrotóxicos etc., porém há a desvantagem de gerar maior volume de efluente, o que obriga o tratamento dos mesmos. Efluentes industriais são os resíduos líquidos e gasosos provenientes das atividades indus- triais, que liberados no meio ambiente sem o devido tratamento têm gerado efeitos danosos para toda a biodiversidade do planeta. Ex pl or Equipamentos utilizados para lavagem por imersão, spray de água em esteiras de roletes, lavagem por flotação e limpeza ultrassônica: https://bit.ly/2TPB5yWEx pl or 9 UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Figura 1 – Mesa de lavagem de frutas e legumes por aspersão Fonte: ufrgs.br Figura 2 – Esteira lavadora de batatas por imersão Fonte: Reprodução Seleção: é o processo de verificação e separação das matérias-primas impró- prias ou indesejáveis. Esse processo tem como objetivo a padronização e a unifor- midade da matéria-prima. Esteiras Classificadoras: mais comuns utilizados na classificação de frutas e hortaliças: (1) Correia de Lona Furada. (2) Rolete Longitudinal. (3) Rolete Transversal. (4) Taça ou Bandeja. (5) Esteira de Grades: http://bit.ly/2V6gA6T Ex pl or Esteira de roletes: utilizada para fazer uma pré-escolha da fruta, transportando-a até o módulo de escovas. Pode ser adaptado a uma rampa em que as caixas de frutas são despejadas quando não houver um virador automatizado e pode ser adaptado para o tombador de bins. Classificação: é a operação de separação dos lotes diferentes, mas que estão perfeitamente sadios para processamento ou consumo. Em outras palavras, significa 1011 “a avaliação da qualidade global de um alimento”. Geralmente esse procedimento é realizado por operadores treinados para avaliar simultaneamente uma série de variáveis. Por exemplo, avaliação de ovos contra lâmpadas de tungstênio para verificar até 20 fatores e remover aqueles que, por exemplo, estão fecundados ou mal formados, que contêm manchas de sangue ou podridão. Classificadores: • Classificador de tela; • Classificador de rolos; • Classificador de esteira e rolo; • Classificador de tambor; • Classificador de disco. Classificador rotativo de frutas: http://bit.ly/2GLUJaP Ex pl or Descascamento: Para a matéria-prima in natura (hortaliças e frutas), este pro- cessamento é utilizado com o objetivo de remover partes indesejáveis, melhorando assim a aparência do produto final. O descascamento pode ser por: • Jato de vapor: o descascamento por vapor é utilizado para matérias-primas cuja casca é sensível ao calor úmido, como é o caso de tomates ou tubérculos. Nos equipamentos de batelada, a matéria-prima é alimentada em um vaso pressurizado que recebe vapor a alta pressão, que auxilia na remoção da casca sem penetrar muito no vegetal, que, assim, não sofre muito o cozimento. • Facas: equipamento composto por facas que por contato retiram a pele dos produtos. • Abrasão: descascamento abrasivo é realizado por máquinas que apresentam muitas configurações, sendo o tipo mais comum as que empregam grupos de rolos abrasivos. A quantidade de casca eliminada é determinada pelo tempo de permanência na máquina descascadora. Os rolos giram sobre seus eixos e ao redor da broca situada no centro, conforme a figura abaixo. Isso permite que a água pulverizada procedente do centro da broca realize a limpeza destes rolos abrasivos sem entrar em contato com as hortaliças. • Lixiviação: o produto é submetido à solução de NaOH 3% a 80°C durante 2 minutos. Em seguida, é lavado com água corrente até resfriar e retirada da pele manualmente ou por equipamentos. Veja o processo de descascamento de batatas no vídeo: https://youtu.be/skv6NIKsd3w Ex pl or 11 UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Figura 3 – Exemplos de descascadores Fonte: Reprodução Veja como são descascados alguns legumes, assistindo o vídeo: https://youtu.be/LF1C7zXNyek Ex pl or ������� ������������������� ����������� �������� Figura 4 – Esquema de descascador por abrasão Fonte: Adaptado de ufrgs.br Veja o descascamento por abrasão: https://bit.ly/2PTP5HW Ex pl or Processo de Redução de Tamanho Em muitos processos na indústria de alimentos, pode haver a necessidade de redução do tamanho (ou cominuição) da matéria prima (sólida, semilíquida), uti- lizando para isso forças mecânicas por meio de equipamentos sólidos, como por exemplo: para a produção da farinha de trigo se faz a moagem do trigo. A redução tem o objetivo aumentar a superfície de contato que por vezes facilita a secagem, a extração, homogeneização entre outras facilidades, mas pode promo- ver a degradação de compostos pela liberação de enzimas naturais. 12 13 A matéria-prima pode ser reduzida pela utilização de vários métodos, como, por exemplo: • compressão, compactação e esmagamento; • impacto – choque; • atrito superficial (esfregar); • corte por facas (cisalhamento agudo). Os processos de redução de tamanho da matéria-prima são classificados de acordo com a faixa de tamanho das partículas produzidas em trituração, corte, fatiamento e corte em cubos: • grande a médio: pedaços de carne, queijo e frutas fatiadas para enlatamento; • médio a pequeno: bacon, vagens fatiadas e cenouras em cubo; • pequeno a granular: carne moída ou triturada, nozes e vegetais triturados; • moagem a pós ou pastas: produtos ralados, temperos, farinhas, néctar de frutas, açúcar, amidos, pastas lisas; • emulsificação ou homogeneização: maionese, leite, óleos essenciais, man- teigas, sorvete e margarina. Equipamentos para Redução de Tamanhos Com a evolução e a busca pela agilidade em processar os alimentos, existem hoje muitas inovações e tipos de equipamentos. Porém, a escolha do equipamento para redução de tamanho depende das características do alimento, os processos de redução de tamanho são geralmente empregados durante o processo para con- trolar as propriedades reológicas. Esta propriedade está normalmente relacionada com as características organolépticas do alimento, porém é importante notarmos que o processo de redução de partículas favorece o rompimento das células e pode propiciar reações de deterioração oxidativa, microbianas e enzimáticas. Reologia é o campo científico que se ocupa em estudar e descrever a viscosidade, plasticidade, elasticidade e o escoamento da matéria prima; estuda as transforma- ções e os movimentos destas. Grupo de alimentos fibrosos (carnes, frutas, hortaliças) • Equipamentos para fatias e flocos: são utilizados no fatiamento de vários alimentos, tais como bacon, carnes cozidas, pepinos, tomates, frutas mais du- ras como banana( com velocidade de até 2 mil fatias por minuto e 6 toneladas por hora), podem ser controlados por computadores ou por operadores. 13 UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Assista ao vídeo demostrando seu funcionamento: https://youtu.be/K1649mP9Kg8 Ex pl or • Equipamentos para cubos: são utilizados em frutas, carnes etc. Os alimentos são cortados em fatias e na sequência no formato de cubos, utilizando lâminas. Cubeteira: http://bit.ly/2WePKWr Ex pl or Assista ao vídeo deste equipamento em funcionamento: https://youtu.be/JJdkXWSNpX8 Ex pl or • Equipamento para despolpamento: equipamentos que associam a combina- ção de compressão e cisalhamento para extração de suco de frutas e hortali- ças, produção de óleo, produção de patês, etc. Conheça um pouco mais, assista ao vídeo disponível em: https://youtu.be/rTZ-hYcWkVE Ex pl or Grupo dos alimentos secos • Moinhos de bolas: utilizado para produzir pós finos como por exemplo: fari- nhas, corantes etc. Equipamentos constituídos por um cilindro de aço horizon- tal que gira lentamente, existindo no seu interior bolas e aço. Moinhos de bolas: https://bit.ly/2PTP5HW Ex pl or • Moinho de discos: estes equipamento utilizam força de cisalhamento ou força de cisalhamento e impacto, obtendo material mais grosso. Cisalhamento: é o ato de cisalhar, isso significa cortar ou causar deformação numa superfí- cie a partir da tensão provocada por forças que atuam em sentidos iguais ou contrários, mas seguindo uma mesma direção. Ex pl or • Moinho de martelos: reduz para um tamanho intermediário a pequeno, o material é reduzido pelo impacto dos martelos e pulverizado • Moinho de rolos: São apresentados em duas versões, são eles: » Moinho de rolo liso típico onde os rolos giram em direções opostas e a velo- cidades diferentes; » Moinhos de rolos únicos, que giram contra uma superfície fixa. 14 15 Redução de Tamanho em Alimentos Líquidos, Emulsificação e Homogeneização A emulsificação é empregada quando se incorpora dois líquidos imiscíveis para que essa mistura não se separe, formando uma emulsão estável pela mistura íntima de dois ou mais líquido. Já a mistura significa homogeneizar substâncias que não tendem a se separar. Um dos equipamentos utilizados para preparo de emulsões é o moinho coloidal. Veja como funciona um moinho coloidal para a fabricação de pastas disponível em: https://youtu.be/50sa5iFLxtAEx pl or Mistura: esta operação unitária consiste em movimento aleatório de duas ou mais fases inicialmente separadas, podendo ser homogênea ou heterogênea. Exis- tem vários processos de mistura e são utilizados para combinar ingredientes para que se possa no fim do processamento industrial alcançar diferentes propriedades funcionais ou características sensoriais. Pode-se dizer que o sucesso da mistura é observado pela uniformidade do lote que promove a qualidade aceitável doproduto, considerando-se as propriedades sensoriais, funcionais, homogeneidade, integridade das partículas, adequação de sanidade, design higiênico, adequação a legislação, eficiência do processo e ainda flexibilidade das mudanças do processo de fabricação. Em uma mistura em que as quantidades são diferentes, denomina-se fase con- tínua aquela que estiver em maior quantidade e de fase dispersa aquela em que o componente está em menor quantidade. Equipamentos Utilizados no Processo de Mistura A escolha do equipamento de mistura ideal que atinja a eficiência de mistura ideal dependerá das características do tipo de mistura, quantidade, velocidade etc. Parâmetros como tempo e temperatura no processo de mistura são essenciais para o seu sucesso. 15 UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Figura esquemática da operação unitária mistura: http://bit.ly/2LkRbBE Ex pl or Mecanicamente, os misturadores e agitadores são utilizados na formulação e fabricação de uma grande variedade de produtos e a escolha depende do produto. Configurações de misturadores para cada tipo de produto (1) misturador para líquido; (2) misturador para líquido e sólido; (3) misturador para pós; (4) misturador para sólido e líquido. Figura 5 –Esquema de tipos de misturadores utilizados na indústria de alimentos Fonte: Adaptado deufpa.br Modelagem: é uma operação unitária muito importante que complementa o processo da mistura e a modelagem incorpora formas e dimensões que contribuem para a conveniência de produtos produzidos pela indústria. Esta técnica é aplicada em alimentos de alta viscosidade ou de textura similar a massa, as quais são mol- dados em uma variedade de formas. Os equipamentos utilizados na fabricação de pães, biscoito, bolos, salgadinho, balas entre outros fazem parte desta lista. Equipamento utilizado para modelagem: http://bit.ly/2GLGymd Ex pl or Veja como são modelados os biscoitos. Vídeo disponível em: https://youtu.be/mkDP2vPKCYk Veja como são moldados alguns tipos de massas: https://youtu.be/I7CM2JFbeQwE xp lo r Filtração Acelerado Sedimentação Forças centrífugas Força da gravidade Pressão Figura 6 – Separação - Processos de separação e concentração dos componentes dos alimentos: Centrifugação e filtração 16 17 A operação unitária de separar pode envolver: • Separação de alimentos sólidos em sólidos: peneiramento; • Separação de um alimento sólido de um líquido (sucos de frutas, pectina). Os alimentos são misturas complexas e a operação unitária de separação pode envolver a segregação de alimentos para fornecer ingredientes e serem utilizados em outros processos ou, ainda, para separação de componentes que são importan- tes no seu processamento. Como exemplo, temos: óleos das sementes de azeitonas, que geram o azeite, gelatina a partir do tecido conjuntivo, recuperação de enzimas etc. Os métodos podem ser classificados em três categorias: • Separação de líquidos e sólidos a partir de pastas fluidas, massas ou farinhas em que tanto um quanto os dois componentes podem ter valores como, por exemplo, sucos, pectina, enzimas, óleo, creme de leite e solúveis do café. • Separação de pequenas quantidades de sólidos a partir de líquidos como, por exemplo, purificação de água, clarificação de líquidos como vinhos, cerve- jas, sucos etc. • Extração de pequenas quantidades de materiais suspensos podendo ser utilizadas as operações unitárias de peneiração, sedimentação, flotação, centri- fugação, filtração, extração, concentração ou ultrafiltração. Separação sólido líquido – Os métodos de separação empregados são classifica- dos de acordo com 2 critérios: 1. O movimento relativo das fases, ou seja: a) Decantação (sólido se move através...); b) Filtração (liquido se move). 2. A força propulsora: a) Gravitacionais; b) Centrifugas (por diferença de pressão). A combinação dos critérios citados anteriormente conduz à seguinte divisão: • Separação por decantação (Sedimentação): » Clarificação; » Espessamento; » Flotação; » Separações centrífugas; » Filtração; Então, vamos entender isso melhor: Sedimentação – significa quando a separação de uma suspensão for por deposi- ção gravitacional até resultar na separação, entenda com o esquema a seguir: 17 UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente A B Alturas variam ([ ] uniforme) (não uniforme) (pesadas, canais) <vel. Ponto de sedimentação crítico C D Figura 7 É importante saber que existem vários fatores que vão interferir na velocidade da decantação, tais como a densidade dos componentes (sólidos ou líquidos), diâmetro e forma das partículas. Também existe a possibilidade de ocorrer um aumento do tamanho do coloide, isso é o mesmo que dizer que as partículas podem se unir e formar uma partícula maior e isso é uma constante da física denominada repulsão elétrica, em termos técnicos denomina-se floculação (aglomerar as partículas à custa das forças de van Der Waal, dando origem a flocos de maior tamanho). Para se controlar os floculados, conforme a necessidade, pode-se utilizar a agi- tação ou ainda a adição de agentes floculantes. Tipos de floculantes: • Eletrólitos: que neutralizam a dupla camada elétrica existente nas partículas sólidas em suspensão, eliminando a repulsão, deixando assim os flocos com dimensões convenientes; • Coagulantes: que provoca a formação de precipitados gelatinosos, como, por exemplo, a utilização de hidróxidos de alumínio e ferro ou silicato de sódio são utilizados para clarificação de águas; • Agentes tensoativos: que diminuem a tensão superficial e arrastam consigo as partículas finas de difícil decantação; • Polieletrólicos: são polímeros de cadeias longas que por afinidade facilitam a fixação de partículas sólidas. Vamos falar um pouco sobre os equipamentos utilizados como decantadores para sólidos grosseiros, esse processo pode ser em batelada ou contínuo. Existe processos em bateladas e processos contínuos. Um processo industrial é con- tínuo quando a matéria-prima entra num lado do sistema e o produto final sai do outro, continuamente. No processo em batelada, uma dada quantidade de material é processada por meio de passos unitários, cada passo sendo completado antes de passar para o seguinte. 18 19 Hidroseparador: o mais usual é o tanque cilíndrico de fundo cônico e equipado com rastelos que giram lentamente. Ciclone classificador: a alimentação é feita tangencialmente na seção superior cilíndrica do cone por meio de uma bomba, os finos saem pela abertura no topo, enquanto os grossos saem pelo fundo da parte cônica inferior, através de uma vál- vula de controle. Decantador de rastelos finos; Decantador helicoidal; Existem também os decantadores para sólidos finos que de acordo com o tipo de processo são classificados em: • Descontínuos: tanque retangular ou cilíndrico com saídas laterais que são abertas à medida que o líquido da parte superior clarifica. O lodo é retirado pelo fundo. • Contínuo: mais comum é o cone de decantação. O líquido clarificado é reco- lhido numa canaleta periférica, sendo a lama retirada pela parte inferior por meio de uma bomba ou por gravidade. Centrifugação: utiliza a força centrípeta para isolar partículas suspensas em seu meio. De um modo geral, as centrífugas podem ser divididas em centrífugas de filtração e centrífugas de sedimentação. O quadro a seguir destaca os diferentes tipos de centrifugas e suas características. Desenformadora Rosca e tela Cesta cônica Vibratória Decantadora de tela Filtrante Invertida Opções de Centrífugas Peeler Cesta Vertical Decantadora Contínuas BateladaContínuas Batelada Centrífugas �ltrantes Sedimentadoras Discos Tubular Tubular Cesta não perfurada Figura 8 – Fluxograma de centrifugação 19 UNIDADE Processos de Transformação de Alimento – Operações Unitárias Temperatura Ambiente Material Complementar Indicações para sabermais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Leitura Operações Unitárias https://bit.ly/2He5Ids Higiene e Segurança Alimentar no Transporte de Produtos Alimentares https://bit.ly/2PSqFOZ A Extrusão em Tecnologia Alimentar: Tipos, vantagens e equipamentos https://bit.ly/2Hba4TP Centrifugação no Processamento de Alimentos https://bit.ly/2RqWMVe 20 21 Referências BARUFFALDI, R., OLIVEIRA, M.N., Fundamentos de Tecnologia de Alimentos. São Paulo: Atheneu, 1998. FELLOW P. J. Tecnologia do processamento de alimentos: princípios e prática. 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. GABAS, A.L.; MONTERREY-QUINTERO, E.S.; VALADÃO, N.K.; RODRIGUES, C.E.C.; Apostila de Referência - Operações Unitárias. 2008. 155p. GEANKOPLIS, C.J. Procesos de transporte y principios de procesos de separación. Compañía Editorial Continental, 2006. JUNIOR, J.; FERNANDES, C., Agitação e mistura na indústria. Rio de Janeiro: LTC, 2007. TADINI, C.C., TELIS, V.G.N., MEIRELLES, A.J.A, PESSOA FILHO, P.A. Operações Unitárias na Indústria de Alimentos. São Paulo: LTC Editora/Grupo GEN, 2015. vol. 1. 21
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