Tecnologia de Alimentos - Processamento Não Térmico by Editora Rubio

de AliMeNTOs

LucianoOrganizadoresJosé

Quintão Teixeira Tarcísio lima Filho Cassiano Oliveira da silva

Engenheiro de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela UFES, ES. Doutor em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Cassiano Oliveira da Silva Engenheiro de Alimentos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense (IFFluminense), campus Bom Jesus do Itabapoana. Engenheiro de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG.

Professor Associado do Departamento de Engenharia de Alimentos do Centro de Ciências Agrárias e Engenharias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCAE-UFES).

Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Alimentos do Centro de Ciências Agrárias e Engenharias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCAE-UFES).

LucianoORGANIZADORESJoséQuintãoTeixeira

Engenheiro de Alimentos, Mestre e Doutor em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG.

Tarcísio Lima Filho

Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico Copyright © 2022 Editora Rubio Ltda. ISBN semdestaÉTodos978-65-88340-17-2osdireitosreservados.expressamenteproibidaareproduçãoobra,notodoouemparte,autorizaçãoporescritodaEditora. Produção Equipe Rubio Capa Bruno Sales Imagem de capa ©iStock.com/KhotenkoVolodymyr/urﬁnguss/butenkow Diagramação IO Design CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ) Editora Rubio Ltda. Av. Franklin Roosevelt, 194 s/l. 204 – Castelo 20021-120 – Rio de Janeiro – RJ Telefone: 55(21) 2262-3779 E-mail: rubio@rubio.com.br www.rubio.com.br Impresso no Brasil Printed in Brazil T253 Tecnologia de alimentos: processamento não térmico/organização Cassiano Oliveira da Silva, Luciano José Quintão Teixeira, Tarcísio Lima Filho. – 1. ed. – Rio de Janeiro: Rubio, 2021. 224p.; 21cm. Inclui bibliograﬁa e índice ISBN 978-65-88340-17-2 1. Alimentos. 2. Tecnologia de alimentos. 3. Acondicionamento e conservação de alimentos. I. Silva, Cassiano Oliveira de. II. Teixeira, Luciano José Quintão. III. Lima Filho, Tarcísio. 21-73013 CDD: 664.028 CDU: 664.8.03

Colaboradores

Brian Hamilton Avelar Engenheiro de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Bruna Garcia Alves Filgueiras Nutricionista e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Uni versidade Federal do Espírito Santo (UFES). Cintia da Silva Araújo Engenheira de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Doutora em Ci ência dos Alimentos pela Universidade Federal de Lavras (UFLA), MG.

Daiane Bonizioli Benincá Engenheira de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Emanuelly Zanotti Hoffman Peixoto Nutricionista e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Uni versidade Federal do Espírito Santo (UFES). Jéssica Caroline Corrêa de Oliveira Sousa Engenheira de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG. Mestre em Ciência e Tecnologia dos Alimentos pela Universidade Fede ral do Espírito Santo (UFES). Krystal Cardoso Soares Estefan de Paula Cientista de Alimentos pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense (IFFluminense). Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Laísa Bernabé do Carmo Engenheira de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Doutorando em Engenharia Química Pela Universidade de São Paulo (USP). Cientista de Alimentos pela Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), MG. Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Matheus de Paula Lopes Cientista de Alimentos pelo Instituto Federal do Espírito Santo (IFES). Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Lucas Martins da Silva Doutor em Ciência dos Alimentos pela Universidade Federal de Lavras (UFLA), MG. Cientista de Alimentos pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense (IFFluminense). Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Engenheiro Químico e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Marcella Dias Marinho Menezes

Pamela Lemos Cruz Engenheira de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Magno Fonseca Santos Especialista em Controle de Qualidade e Segurança de Alimentos pelo Ins tituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (IFES).

Leandro Levate Macedo Engenheiro de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Doutorando em Produção Vegetal pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF).

Patrick Pereira dos Santos Engenheiro de Alimentos, Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Sérgio Henriques Saraiva Professor Associado do Departamento de Engenharia de Alimentos do Centro de Ciências Agrárias e Engenharias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCAE-UFES).

e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela UFES. Wallaf Costa Vimercati Engenheiro de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Doutorando em Ciência dos Alimentos pela Universidade Federal de Lavras (UFLA), MG.

Samira da Silva Máximo Cientista de Alimentos pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense (IFFluminense). Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Paula Zambe Azevedo Engenheira de Pesca pelo Instituto Federal do Espírito Santo (IFES).

Raphael Canal Maximino Engenheiro de Alimentos e Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimen tos pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Engenheiro de Alimentos, Mestre e Doutor em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), MG.

Mestranda em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade Fe deral do Espírito Santo (UFES).

Silvana Medeiros Moraes Técnica em Nutrição e Dietética da Universidade Federal do Espírito Santo Nutricionista(UFES).

Dedicamos este livro a todos os estudantes e profissionais que trabalham no setor de produção e processamento de alimentos.

dedicatória

Agradecemos ao Centro de Ciências Agrárias e Engenharias da Uni versidade Federal do Espírito Santo (UFES); à Fundação de Amparo à Pes quisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES) e à Coordenação de Aper feiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio dado ao PCTA por meio do PDPG (Parcerias Estratégicas nos Estados da CAPES) e também por meio de outros editais. Ao Conselho Nacional de Desenvol vimento Científico e Tecnológico (CNPq), que sempre apoiaram o progra ma de Mestrado em Ciência Tecnologia de Alimentos da UFES.

Agradecimentos especiais a Matheus de Paula Lopes, que nos auxi liou em diversas ilustrações dos capítulos desta obra. Finalmente, agradecemos a todos os autores dos capítulos pelo em penho e dedicação dispensados na produção desta obra.

agradecimentos

A história da humanidade está intimamente relacionada com a história dos alimentos, com a forma pela qual o homem produz, processa e armazena seus alimentos, garantindo, assim, a sua sobrevivência. Nos tempos primórdios, alimentávamos da caça e da coleta de alimentos, o que nos obrigava a viver em pequenos grupos e sermos nômades, migrando constantemente em busca de mais e melhores alimentos.

apresentação

Com o surgimento da agricultura e da criação de animais, o ho mem pôde se fixar em determinados locais construindo pequenas vilas, depois cidades, até chegarmos nas megalópoles atuais. Com a colheita em épocas específicas, surgiu o problema da conservação de alimentos. Durante nossa evolução, novos métodos de preparo e conservação de alimentos foram e estão sendo constantemente de senvolvidos e aperfeiçoados. Na época das navegações, a descoberta do novo mundo e as guerras impuseram novos desafios relacionados com a conservação de alimentos.

O surgimento do tratamento térmico representou um enorme avan ço nesta área, contudo o emprego do calor compromete a qualidade nutricional e sensorial de produtos sensíveis ao calor. Dessa maneira, foram desenvolvidos os tratamentos não térmicos dos alimentos, que têm por objetivo conservar os alimentos, mantendo suas características o mais próximo do natural possível.

Térmico dos Alimentos, que é oferecida para o curso de Mestrado do Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). O livro foi escrito por professores e alunos deste programa, bem como por outros convida dos com experiência nesta área do conhecimento. Esta obra tem como objetivo apresentar uma revisão sobre as prin cipais tecnologias de processamento não térmico dos alimentos. Não pretendemos esgotar este tema, pois ele é muito amplo e diverso; em razão da escassez de livros em português específico nesta área, este material contribuirá para fornecer um suporte teórico àqueles que pretendem aperfeiçoar seus conhecimentos em processamento não térmico dos alimentos.

Os Organizadores

Como sabemos, as técnicas usuais de processamento e conservação de alimentos envolvem a aplicação de calor, o que muitas vezes desca racterizam os atributos inerentes à matriz alimentícia, como valor nu tricional, sabor, aroma, textura, aspecto visual, dentre outros. O avanço na Ciência e Tecnologia de Alimentos promoveu o desenvolvimento e aplicação de métodos não térmicos, menos invasivos, permitindo a pro dução de alimentos mais nutritivos e com qualidade sensorial superior àqueles processados termicamente.

Prefácio

Sabe-se que somos atualmente 7,8 bilhões de seres humanos no pla neta Terra, e que se faz necessário desenvolver tecnologias de proces samento e conservação de alimentos, já que alimentar essa quantidade de pessoas torna-se uma tarefa cada vez mais desafiadora, não só pelo volume necessário, mas também pelo nível de qualidade exigido pelo consumidor moderno.

Os avanços na agricultura e pecuária nos têm permitido ampliar tan to a área quanto a produtividade das matérias-primas alimentícias, no entanto, ainda são grandes as perdas no campo e na cadeia de distri buição, no Brasil e no mundo. Além disso, garantir a disponibilização de alimentos seguros para a população é de extrema importância, do ponto de vista nutricional e de saúde pública.

Os organizadores deste livro conseguiram reunir trabalhos com te mas relevantes e atuais sobre a área de processamento não térmico dos alimentos, dividindo o mesmo por assuntos afins, como o uso do frio e temperaturas moderadas no processamento de alimentos (liofilização, crioconcentração, cadeia do frio e secagem a vácuo); alguns métodos

Este livro é uma excelente fonte de informação e conhecimento téc nico para estudantes, pesquisadores e profissionais da área de alimentos, pois contempla uma série de técnicas e processos que vem ao encontro das necessidades atuais, não só da indústria, mas também do mercado.

emergentes (alta pressão hidrostática, campos elétricos pulsados de alta intensidade); técnicas de processamento não térmico que envolvem ondas (irradiação ultravioleta, radiação ionizante, ultrassom); métodos sanificantes (ozonização, água eletrolisada) e outros processos não tér micos (separação por membrana, plasma frio).

Mateus Silva Junqueira Professor Associado do Departamento de Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ).

Lista de siglas e abreviaturas AE água eletrolisada AEA água eletrolisada ácida AEB água eletrolisada básica AEFA água eletrolisada fracamente ácida AEN água eletrolisada neutra AEO água eletrolisada oxidante AER água eletrolisada reduzida Anvisa Agência Nacional de Vigilância Sanitária APH alta pressão hidrostática BPF Boas Práticas de Fabricação CC concentração de cloro CEPAI campos elétricos pulsados de alta intensidade CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear D diálise DNA ácido desoxirribonucleico ED eletrodiálise ERN espécies reativas de nitrogênio ERO espécies reativas de oxigênio EVOH etileno-álcool vinílico copolímero FDA Food and Drug Administration GRAS Generally Recognized as Safe HHP High Hydrostatic Pressure HIV vírus da imunodeficiência humana IP índice de peróxidos LD limiar de detecção

LPM mercúrio de baixa pressão (do inglês, low pressure mercury) LRC limiar de rejeição pelo consumidor MF microfiltração MM massa molar NF nanofiltração NMP número mais provável OR osmose reversa PC policarbonato PEI polieteramida PES polietersulfona PG permeação gasosa PI poliamida POD peroxidase POR potencial de oxidorredução PP polipropileno PS polissulfona PSM processos de separação de membrana PV pervaporação PVDF fluoreto de polivinilideno PVOH álcool polivinílico copolímero RDC Resolução da Diretoria Colegiada TBA tiobarbitúrico UF ultrafiltração UHT Ultra High Temperature UV ultravioleta UV-C luz ultravioleta C VHB vírus da hepatite B

sumário Par T e i U SO DO F RIO E T EMPERATURAS M ODERADAS NO P ROCESSAMENTO DE A LIMENTOS, 1 CaPíTuLO 1 – Liofilização: Um Processo de Secagem a Frio, 3 CaPíTuLO 2 – Crioconcentração na Tecnologia de Conservação de Alimentos, 17 CaPíTuLO 3 – Cadeia do Frio na Indústria de Alimentos, 29 CaPíTuLO 4 – Secagem a Vácuo, 45 Par T e ii M ÉTODOS E MERGENTES, 63 CaPíTuLO 5 – Alta Pressão Hidrostática Aplicada na Conservação de Alimentos, 65 CaPíTuLO 6 – Aplicação de Campos Elétricos Pulsados de Alta Intensidade na Conservação de Alimentos, 81 Par T e iii M ÉTODOS DE P ROCESSAMENTO NãO T ÉRMICO QUE E NVOLVEM O NDAS, 103 CaPíTuLO 7 – Tecnologia de Irradiação Ultravioleta em Alimentos: Conceito e Aplicação, 105

CaPíTuLO 8 – Princípios da Radiação Ionizante e sua Aplicação em Alimentos, 119 CaPíTuLO 9 – Ultrassom: Tecnologia e Processamento de Alimentos, 129 Par T e i V M ÉTODOS S ANIFICANTES, 141 CaPíTuLO 10 – Ozonização: Uma Nova Tecnologia de Sanitização de Alimentos, 143 CaPíTuLO 11 – Água Eletrolisada: Aplicação como Sanitizante na Indústria de alimentos, 153 Par T e V O UTROS M ÉTODOS NãO T ÉRMICOS, 171 CaPíTuLO 12 – Processos de Separação por Membrana Aplicados em Alimentos, 173 CaPíTuLO 13 – Plasma Frio na Conservação de Alimentos, 187

PARTE i uso do Frio e Temperaturas Moderadas no Processamento de alimentos CaPíTuLO 1 – Liofilização: Um Processo de Secagem a Frio, 3 CaPíTuLO 2 – Crioconcentração na Tecnologia de Conservação e Alimentos, 17 CaPíTuLO 3 – Cadeia do Frio na Indústria de Alimentos, 29 CaPíTuLO 4 – Secagem a Vácuo, 45

Wallaf Costa Vimercati Leandro Levate Macedo Cintia da Silva Araújo Sérgio Henriques Saraiva Luciano José Quintão Teixeira CAPÍTULO 1

Liofilização: um Processo de secagem a Frio

inTrOduÇÃO

A secagem é uma operação unitária caracterizada pela remoção de água de um alimento. Esse método tem o intuito de minimizar a ocorrên cia de reações químicas e enzimáticas, bem como reduzir o crescimento de microrganismos. Portanto, contribui com o aumento da vida útil dos produtos. Além disso, a secagem proporciona redução de custos no transporte e no armazenamento, pois promove uma significativa redu ção de peso e volume.3,4 No entanto, uma secagem inadequada pode interferir significativamente na qualidade do produto, podendo causar maior deterioração durante o armazenamento.5

Os métodos não térmicos de conservação de alimentos têm sido uti lizados nos últimos anos, a fim de substituir ou complementar os métodos térmicos, uma vez que o emprego do calor pode provocar alterações indesejáveis nas características sensoriais e nutricionais dos alimentos.1,2

A liofilização, também conhecida como freeze-drying, criodesidrata ção, lyophilization, ou secagem a frio, é um processo de secagem a vácuo baseado no fenômeno de sublimação, em que a parte da água congela da do alimento, em determinadas condições de temperatura e pressão, se transforma em vapor d’água sem passar pelo estado líquido.6,7 Desse

Os liofilizadores são equipamentos utilizados para fazer a secagem primária e secundária. Há diferentes modelos e tamanhos disponíveis no mercado, porém eles são constituídos, basicamente, por uma câmara a vácuo que pode ser cilíndrica ou no formato de cabine, uma fonte de calor, um condensador e uma bomba de vácuo,4,11 conforme ilustrado na Figura 1.1.

A câmara a vácuo é o local em que o alimento previamente conge lado fica contido. Essa câmara proporciona as condições necessárias de pressão e temperatura para que ocorra o processo de sublimação, ou seja, abaixo do ponto triplo da água (aproximadamente 0,1ºC e 0,006atm), a fim de evitar a fusão do gelo. A câmara pode ter um formato cilíndrico, possuindo frascos para liofilização de alimentos líquidos, ou um formato retangular (tipo cabine), em que se utili zam bandejas para conter alimentos sólidos. As cilíndricas são mais

A liofilização tem sido empregada nas indústrias de alimentos para se car diversos produtos que possuem aromas, texturas ou nutrientes sensí veis ao calor, além do uso em enzimas e culturas microbianas.4,9 Entretanto, os custos para se obter produtos liofilizados são altos. Várias pesquisas vêm sendo realizadas a fim de reduzir os custos operacionais, fazendo com que os produtos liofilizados apresentem um preço mais atrativo ao mercado.10

modo, as alterações nas características químicas e sensoriais são mínimas, em virtude da utilização de baixas temperaturas.8

4 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

Diante da importância do emprego da liofilização para a conserva ção de alimentos, o presente capítulo tem como objetivo apresentar os componentes dos equipamentos, os fundamentos e mecanismos en volvidos na liofilização, as vantagens, desvantagens e aplicações desta técnica em alimentos. eQuiPaMenTOs e COMPOnenTes O processo de liofilização envolve, basicamente, dois tipos de equipa mentos: congeladores e liofilizadores. Este capítulo abordará os liofili zadores, que são os principais equipamentos dessa operação. Para mais detalhes sobre congeladores, consulte o Capítulo 3, Cadeia do Frio na Indústria de Alimentos.

5Liofilização: Um Processo de Secagem a Frio

6,13 6 5 4 3 2 4 5 1

Os liofilizadores de bancada estão circundados pelo ar ambiente, o qual fornece o calor de sublimação, dispensando, portanto, uma fonte de específica de calor.

Fonte: ilustração elaborada por Matheus de Paula Lopes. resistentes à pressão, ao passo que as retangulares apresentam espaço interno mais bem aproveitado.6,12,13 A finalidade da fonte de calor é suprir o calor latente de sublimação.4

O condensador é responsável pela remoção do vapor d’água forma do durante a secagem, realizando o processo chamado de sublimação inversa (condensação dos vapores diretamente em gelo). Esse consti tuinte se faz necessário, visto que as bombas a vácuo não têm capaci dade de eliminar grandes fluxos de gases.

Figura 1.1 Tipos de liofilizadores mais comuns encontrados no mercado. Liofilizador tipo cabine (1). Liofilizador de bancada (2). Bomba a vácuo (3). Painel de controle e monitoramento (4). Câmara de vácuo com bandejas (5). Válvula de acoplamento de frascos para alimentos líquidos (6)

12 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

Ao estudarem a secagem da polpa e dos frutos de acerola verdes, a fim de obter um pó para ser utilizado como suplemento alimentar, Menezes et al. (2009)23 utilizaram a secagem em estufa com circulação de ar a 70ºC e o processo de liofilização. Concluíram que a liofilização apresentou maiores teores de vitamina C e taninos em comparação à técnica de secagem em estufa com circulação de ar a 70ºC, pois esse método permite a remoção do conteúdo de água livre do produto sem interferir nas demais qualidades físico-químicas. Marques (2008)12 observou que frutas tropicais liofilizadas apresen taram estruturas altamente porosas, altas taxas de reidratação e elevada preservação de nutrientes. A elevada qualidade do produto é um dos

Facilidade de oxidação lipídica Alto CongelamentocustoinadequadoPodeocorrercolapsoDesvantagens Afeta a qualidade do produto Durante e no final do processoDeterminaçãodeumidade

EquipamentoEnergiapara secagem

Fonte: elaborada pelos autores.

Figura 1.5 Desvantagens do processo de liofilização

Cadeia do Frio na indústria de alimentos

O emprego do frio possibilita conservar o alimento pela inibição parcial ou total dos principais agentes causadores de alterações e de teriorações do alimento: as atividades microbiológicas, enzimáticas e metabólicas dos tecidos animais e vegetais. Quanto mais baixas forem

inTrOduÇÃO Componentes dos alimentos, como vitaminas e outros nutrientes, são termossensíveis, passíveis de perdas durante o processamento térmico. Dessa maneira, a utilização de processos não térmicos é essencial para minimizar a perda de valor nutricional dos alimentos e, por consequên cia, garantir maior qualidade.1 Além disso, o tratamento térmico pode resultar em alterações sensoriais indesejáveis em alguns alimentos, o que reforça a necessidade de busca por alternativas de conservação de alimentos que não utilizem o calor.

Lucas Martins da Silva Magno Fonseca Santos Luciano José Quintão Teixeira Tarcísio Lima Filho CAPÍTULO 3

A indústria de alimentos tem uma enorme necessidade e capacida de de se adaptar às demandas do consumidor, impulsionada, principal mente, pela alta competitividade. Com o passar dos anos, a indústria desenvolveu melhorias tecnológicas para ofertar produtos com melhor qualidade e estabilidade para os consumidores. É o caso, por exemplo, dos setores de alimentos perecíveis, nos quais a utilização e o controle dos parâmetros da refrigeração foram amplamente estudados e desen volvidos nos últimos anos.2

(Tm) AA D TcTc S S

TcS D A B Tempo

Alimento

As curvas de congelamento de uma solução aquosa e de alimentos são diferentes da água pura. A temperatura é inicialmente reduzida da Tc, de modo similar à água pura, mas, com a formação dos primeiros cristais de gelo, ocorre a liberação do calor latente de cristalização e a temperatura volta a aumentar e atinge a Tc novamente. Nessa etapa, ocorre a mudança de fase da água com a eliminação do calor sensível e a temperatura permanece praticamente constante. Segun do Fellows (2006)4 e Damodaran et al. (2010),7 observa-se nessa fase que a temperatura de congelamento diminui continuamente em virtude Figura 3.1 Curvas de congelamento típicas da água, solução e alimento. Temperatura de cristalização do gelo (a). Equilíbrio ou ponto de congelamento incial (B). Ponto final de congelamento (C). Formação do primeiro cristal de soluto (d) S: super-resfriamento.

34 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico rapidamente. A temperatura permanece constante durante a mudança de fase até ocorrer o segundo declínio da curva, quando a temperatu ra começa a reduzir constantemente em virtude da maior condutivida de térmica do gelo em relação à água líquida.15,16

Fonte: adaptada de Rahman et al., 2009.15 Água líquida Temperatura Água líquida e gelo em equilibrio Gelo Água Solução C(Tm)C(Tm) C

35Cadeia do Frio na Indústria de Alimentos da concentração de solutos na fase líquida da água, o que pode ser constatado nas curvas de solução e alimento mostradas na Figura 3.1.

Ambos os processos utilizam redução da temperatura. Contudo, na re frigeração não há formação dos cristais de gelo. As principais diferenças estão apresentadas na Tabela 3.1.

Nos países industrializados e nas regiões afluentes do mundo em de senvolvimento, a refrigeração é usada principalmente para armazenar alimentos a baixas temperaturas, inibindo, assim, a ação destrutiva de microrganismos. Muitos produtos perecíveis podem ser congelados,

COnserVaÇÃO de aLiMenTOs PeLO FriO

Um segundo pico (ponto D) pode ser observado durante o con gelamento de solução, em razão do início da cristalização dos solutos presentes na solução, liberando o calor latente de cristalização e com aumento de temperatura em seguida. A temperatura é reduzida con tinuamente até atingir um ponto em que não é mais possível congelar a água nas temperaturas normalmente utilizadas no congelamento de alimentos, em decorrência da alta concentração de solutos presen tes na fase não congelada.16 Segundo Damodaran et al. (2010),7 nesse ponto ainda existe água líquida denominada “água ligada”, que não congela a temperaturas de congelamento normalmente utilizadas. A temperatura do alimento continua a baixar até atingir a temperatura do meio de congelamento.

O tempo de congelamento é definido como o tempo necessário para diminuir a temperatura do produto, de seu valor inicial, para um valor-alvo em seu centro térmico, ou o tempo decorrido entre o início do congelamento até que todo o produto seja congelado.6 A partir das curvas de congelamento, é possível determinar a Tc, a temperatura final de congelamento, as velocidades de congelamento e os tempos de congelamento.4 diFerenÇas enTre a reFrigeraÇÃO e COngeLaMenTO

Temperatura Temperatura menor que –18°C Temperatura entre –1,5° a 15°C doConservaçãoproduto Meses/anos Dias/meses

Finalidade

No que diz respeito à segurança alimentar, quando se estuda a im portância da cadeia do frio na indústria, sabe-se que um dos fatores de controle mais importantes são as doenças de origem alimentar, como a salmonelose, que estão associadas principalmente à falta de Boas Práti cas de Fabricação (BPF) e ao armazenamento inadequado.17,18

36 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

Tabela 3.1 Diferença entre congelamento e refrigeração

permitindo que sejam armazenados por meses, ou até anos, com peque nas alterações nas características nutricionais, no sabor ou na aparência.

Característica

Estudos têm demonstrado que, por meio da cadeia do frio e man tendo as condições de refrigeração adequadas, é possível minimizar a deterioração de alimentos e os riscos de veiculação de doenças provoca das por microrganismos. Quirino et al. (2013)19 avaliaram o resfriamento Congelamento Refrigeração

Pelo fato de serem empregadas baixas temperaturas, por meio da refrigeração e do congelamento, pode-se deter o crescimento dos microrganismos termófilos e alguns mesófilos, grupos que têm a temperatura ótima de crescimento superior à de refrigeração. Os alimentos refrigerados devem ser processados ou consumidos em pouco tempo, visto que, mesmo ao retardar o desenvolvimento de certos microrganismos, como os psicrotróficos, estes podem atuar de maneira deteriorante, como Pseudomonas, Alcaligenes, Erwinia e Flavobacterium . 17

Manutenção das características originais com maior vida de prateleira Conservação característicasdasoriginais do produto Mecanismo Retardamento das reações químicas e enzimáticas, suspensão da atividade metabólica e crescimento microbiano, diminuição da água disponível Retardamento do crescimento microbiano, da atividade enzimática e das reações químicas

PARTE ii Métodos emergentes CaPíTuLO 5 – Alta Pressão Hidrostática Aplicada na Conservação de Alimentos, 65 CaPíTuLO 6 – Aplicação de Campos Elétricos Pulsados de Alta Intensidade na Conservação de Alimentos, 81

Leandro Levate Macedo Cintia da Silva Araújo Wallaf Costa Vimercati Luciano José Quintão Teixeira CAPÍTULO 5

alta Pressão Hidrostática aplicada na Conservação de alimentos

inTrOduÇÃO

Os métodos de conservação de alimentos que não utilizam a aplicação de calor, denominados tratamentos não térmicos, têm sido estudados recentemente, em especial nos alimentos sensíveis a altas temperaturas.1

A manutenção dos nutrientes e das propriedades sensoriais dos alimentos após o processamento tem sido fatores essenciais para as indústrias alimentícias, diante de uma gama de consumidores que cada vez mais se preocupam com a saúde e o bem-estar. Em paralelo nos últimos anos, grande parte dos consumidores passou a dar prefe rência a produtos com atributos o mais próximo possível do alimento in natura 2

A alta pressão hidrostática (APH) é considerada um método não tér mico para conservação de alimentos. Esse método pode ser nomeado, internacionalmente, como High Hydrostatic Pressure (HHP) e consiste em submeter o alimento, em geral já embalado, a pressões na faixa de 300 a 1000MPa (1MPa equivale a aproximadamente 9,87atm). Esse tratamento possibilita a inativação de microrganismos e enzimas sem afetar drasticamente as características nutricionais e sensoriais do pro duto.3 Desse modo, confere aos alimentos segurança, qualidade sensorial, nutricional e vida útil prolongada.4

A utilização da APH na conservação de alimentos foi estudada pela primeira vez por Hite (1899),5 que investigou a inativação de bactérias deteriorantes pela aplicação de uma pressão de 658MPa por 10min em leite, frutas, suco de frutas e carne. Foi observado que essas bac térias não resistiam a esse tratamento, aumentando, portanto, a vida útil desses alimentos.

Os tipos de pressões e as possíveis finalidades da APH estão retratados na Figura 5.1, em que se destaca o uso dessa tecnologia na conservação de alimentos.Pode-seconsiderar dois tipos de pressão: dinâmica e estática.

A pressão dinâmica refere-se àquelas muito elevadas, desenvolvidas ao longo de um curto espaço de tempo e associadas à temperatura.

A pressão dinâmica permite fazer o processamento de forma contínua, Figura 5.1 Tipos de pressões e atuação da alta pressão hidrostática na conservação de alimentos Fonte: elaborada pelos autores.

Diante disso, este capítulo aborda conceitos teóricos, equipamen tos, mercado, aplicações e efeitos da APH nos alimentos, enzimas e microrganismos.

66 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico Estática PressãoInícioNãoIsostáticisostáticaaAPH Dinâmica ModificaçãoModificaçõesreológicasdafuncionalidadeModificaçãodorendimento Nutrientes MicrorganismosEnzimasEsporos deRetençãocompostos CaracterísticassensoriaisConservaçãodealimentos

COnCeiTOs TeóriCOs

A APH apresenta diversas outras funções, além da conservação de alimentos, tais como melhoria na retenção de compostos, modificação da funcionalidade de alguns compostos, modificações nas proprieda des reológicas e aumento do rendimento em processos de extração de sucos, corantes e óleos vegetais.7-10

67Alta Pressão Hidrostática Aplicada na Conservação de Alimentos mas ainda é pouco utilizada. A pressão estática é utilizada em tratamen tos em que o valor da pressão pode ser mantido por um longo período, sendo usada em processos em batelada, e divide-se em isostática e não isostática. Na isostática, o valor da pressão é o mesmo em todas as direções do espaço, como é o caso utilizando-se a água como meio para transmitir a pressão, ou seja, a chamada pressão hidrostática. Já na pres são não isostática, um gradiente de pressão é induzido contra a estrutura do equipamento de geração de pressão.6 Atualmente, a mais utilizada em processamento de alimentos tem sido a APH isostática.

Fonte

A APH consiste na exposição do alimento, embalado ou a granel, a elevadas pressões (Figura 5.2). Essa tecnologia baseia-se em dois princí pios básicos da física: Le-Chatelier e Pascal. O primeiro presume a redu ção do volume do produto quando ele é submetido à elevada pressão do meio ou vice-versa. O segundo princípio afirma que a pressão é Figura 5.2 Ordem de grandeza das pressões utilizadas no processamento por alta pressão hidrostática : elaborada pelos autores.

1.000kg 1cm 2(100MPa) 1MPa = 9,869atm = 10bar = 10,197kgf/cm 2

pressurizaçãoMeiopressãode(APH-água) Depósito do meio de embaladoAlimentopressão altaBombasVálvuladepressão

70 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico Câmara de alta

O processamento dos alimentos por APH é realizado de modo auto mático por equipamentos, tanto para produtos embalados quanto para produtos a granel. Dessa maneira, os custos operacionais são menores comparados a outros processos de conservação.18,19

Figura 5.4 Sistema de compressão indireta no processamento por alta pressão hidrostática Fonte: adaptada de Elamin et al., 2015.17 Nesse sistema, o meio de pressurização, geralmente a água, é bombe ado para dentro da câmara de alta pressão. O sistema combina bombas e válvulas de alta pressão, permitindo gerar pressões muito altas. A câmara, contendo água, transmite a pressão para o produto embalado. A embala gem, por ser flexível, transmite a pressão para o alimento. MerCadO

A instalação de uma planta de APH é uma operação especializa da e cara, o que reflete em custo maior nos produtos processados por alta pressão. No entanto, a elevada qualidade dos produtos pro cessados por esse método pode encontrar um nicho de mercado em um grupo específico de consumidores que estão dispostos a pagar pela qualidade. 20

Os tratamentos térmicos geralmente são empregados aos alimen tos para sua conservação. No entanto, novas tecnologias também têm conquistado espaço, pois apresentam vantagens em relação aos trata mentos térmicos tradicionais. As principais vantagens dessas tecnolo gias emergentes são a menor alteração nas características sensoriais e nutricionais dos alimentos.2

Os métodos de conservação de alimentos buscam não só minimizar todas essas formas de deterioração, mas, principalmente, eliminar mi crorganismos patogênicos e reduzir deteriorantes, tornando o alimento seguro e estável durante a vida de prateleira.1

Cintia da Silva Araújo Wallaf Costa Vimercati Leandro Levate Macedo Sérgio Henriques Saraiva Luciano José Quintão Teixeira CAPÍTULO 6 aplicação de Campos elétricos Pulsados de alta intensidade na Conservação de alimentos

O alimento, desde a colheita até o consumo final, passa por processos de deterioração. O grau com que isso acontece depende de vários fato res, incluindo umidade, reações oxidativas, ação de enzimas, crescimen to microbiano e fúngico.

O crescente interesse dos consumidores por alimentos com carac terísticas mais próximas ao natural, com alto valor nutricional, e a busca de técnicas de processamento menos agressivas ao meio ambiente têm contribuído para o desenvolvimento de novas tecnologias de conser vação, tais como os campos elétricos pulsados.3 Contudo, um impasse

inTrOduÇÃO

O alimento passa entre os eletrodos, que ficam carregados a cada descarga dos capacitores (pulsos) e são dispostos em câmaras estáticas

Sistema de computadorizadocontrole Gerador de pulsos elétricos

84 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

Tanque de homogêneoprodutolíquido Sistema refrigeraçãodeBomba C1 C2 Cn

Tanqueenvasededeprodutotratado

O alimento a ser tratado por CEPAI é contido ou passa pelas câmaras de tratamento, as quais possuem dois eletrodos (Figura 6.3) e dispositi vos para controle de temperatura, retirada de ar, resfriamento e sondas de voltagem. Quanto ao fluxo, as câmaras de tratamento são encontra das em duas configurações: estática ou contínua. As câmaras estáticas operam em batelada e eram utilizadas em pesquisas. Atualmente, os grupos de pesquisa também têm adotado o sistema contínuo, pois re presentam melhor as aplicações industriais.3,8,9

Figura 6.2 Sistema de processamento por campos elétricos pulsados de alta intensidade de forma contínua utilizando câmaras em série C1: câmara 1; C2: câmara 2; Cn: câmara n. Fonte: elaborada por Matheus de Paula Lopes a partir de Teixeira, 2008.8 Nos sistemas contínuos, é comum fazer o arranjo ilustrado na Figura 6.2. Esse arranjo consiste em colocar várias câmaras de tratamento (C1, C2, ... Cn) em série e intercaladas por trocadores de calor (serpentinas imersas em um fluido refrigerante) para garantir a manutenção da temperatura nos valores estabelecidos. Já as câmaras em batelada apresentam uma apli cação muito limitada e não têm sido muito utilizadas.

Linha

++++++++++ i d Voltagem =V Anodo Catodo Estática Eletrodos IsolantAlimentoedePVC Entrada Entrada ContínuaA B

Para conseguir campos elétricos altos, da ordem de 5 a 55kV cm–1, é necessário que a distância entre os eletrodos seja bem pequena. Além disso, é preciso evitar o fenômeno de ruptura dielétrica na câ mara. Dessa maneira, os CEPAI devem ser aplicados a alimentos lí quidos e homogêneos que podem ser facilmente bombeados e, de preferência, que tenham passado por um processo de desgaseifica ção para remoção das bolhas de ar.8 Leite, ovos, suco de frutas e su cos de hortaliças como tomate e cenoura são produtos que atendem a esses requisitos. C Figura 6.3 (a a C) Eletrodos (a) e sua disposição nas câmaras de tratamento estática (B) e contínua (C)

Fonte: adaptada de diversos artigos citados neste capítulo e elaborada por Matheus de Paula Lopes.

85Aplicação de Campos Elétricos Pulsados de Alta Intensidade na Conservação de Alimentos ou em câmaras contínuas em série, intercaladas por sistema de refrige ração para melhor controle da temperatura.

Figura 6.5 Principais parâmetros relacionados com a aplicação dos campos elétricos pulsados de alta intensidade CEPAI: campos elétricos pulsados de alta intensidade. Fonte: elaborada pelos autores.

■ Meio de aplicação: o meio de aplicação exerce influência sobre o tratamento, em função da presença de íons, agentes protetores ou inibidores de microrganismos, entre outros. Assim, tratando-se de um mesmo microrganismo ou enzima, o efeito pode ser diferente se o meio for uma solução-tampão, um alimento simulado ou di ferentes alimentos.

■ Valor de pH: o valor de pH é um parâmetro crítico para o cresci mento de microrganismos e atividade enzimática. Portanto, exercerá influência na efetividade da maioria das tecnologias de conservação.

De modo geral, os principais parâmetros utilizados no tratamento por CEPAI são: os parâmetros de processo, as características dos produ tos, os fatores relacionados com as enzimas e os microrganismos pre sentes no alimento interferem na eficiência dos CEPAI. De maneira geral, os principais parâmetros associados ao produto, aos microrganismos e às enzimas utilizados no tratamento por CEPAI são:

88 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico Processamento por CEPAI Ph, viscosidade Características do produto: Meio (simulado, alimento) Condutividade elétrica, etc. Fatores da enzima ou microrganismos: Tipo de microrganismos Tipo de enzima Fase de Concentraçãocrescimento Tipo, decomprimentopolaridade,efrequênciapulso Fatores do processo: Tempo de EquipamentoelétricoIntensidadeTemperaturatratamentodoprocessodocampo

PARTE iii Métodos de Processamento não Térmico que envolvem Ondas CaPíTuLO 7 – Tecnologia de Irradiação Ultravioleta em Alimentos: Conceito e Aplicação, 105 CaPíTuLO 8 – Princípios da Radiação Ionizante e sua Aplicação em Alimentos, 119 CaPíTuLO 9 – Ultrassom: Tecnologia e Processamento de Alimentos, 129

Tecnologia de irradiação ultravioleta em alimentos: Conceito e aplicação

A radiação ultravioleta (UV) é um processo a seco e a frio para a elimina ção de microrganismos em diferentes produtos. O tratamento com ra diação UV é considerado um processo simples, eficaz e de baixo custo, quando comparado aos outros métodos de conservação. No entanto, apresenta como principal limitação o seu baixo grau de penetração no interior do produto, o que dificulta o alcance da radiação por toda a car ga microbiana existente no produto. Dessa maneira, somente é utilizada para a eliminação de microrganismos em superfícies.1

A utilização da radiação ultravioleta vem sendo utilizada pelas in dústrias farmacêuticas, eletrônica e de aquicultura.2 A principal razão do seu uso por essas indústrias foi o fato de este processo não utilizar substâncias químicas para descontaminação microbiana.1

Pamela Lemos Cruz Patrick Pereira dos Santos Raphael Canal Maximino Bruna Garcia Alves Filgueiras Luciano José Quintão Teixeira Tarcísio Lima Filho CAPÍTULO 7

inTrOduÇÃO

A luz monocromática ultravioleta (254nm) é obtida pelo uso de lâm padas germicidas constituídas por vapor de mercúrio de baixa pressão (LPM; do inglês, low pressure mercury). Esta atua como um método físico de desinfecção microbiana. Os microrganismos que são expostos à luz ultravioleta são afetados em nível genético (DNA), de modo que seus sistemas reprodutivos são comprometidos, levando-os à morte celular.1

7.2, encontram-se alguns exemplos de doses de radiação UV requeridas para inativação de microrganismos. É importante frisar que, se ocorrer a fotorreativação, a dose para inativar o microrganismo irá aumentar. Por exemplo, no estudo de Hoyer (1998),24 a dose para inativa ção de Escherichia coli ATCC 23958, sem a ocorrência da fotorreativação, era de 50 J/m² e com a ocorrência do fenômeno, passou para 200J/m².

As desvantagens da utilização da luz UV como método de conserva ção de alimentos são:

espectro azul.24 Para evitar a ocorrência de fotorreativação, o produto deve ser mantido sob refrigeração e/ou armazenado em embalagens opacas.NaTabela

A radiação UV (radiação não ionizante) apresenta a vantagem de não produzir resíduos químicos, subprodutos ou radiação residual. Além disso, é um método simples, seco e a frio, além de requerer baixa ma nutenção e baixo custo operacional.2 Dessa maneira, o interesse no uso desta técnica para conservação de alimentos vem crescendo. Contudo, cada produto alimentício, líquido ou sólido, apresenta composição es pecífica, e isso pode determinar o efeito da dose UV-C.

112 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

eFeiTO da Luz uLTraViOLeTa eM sisTeMas aLiMenTíCiOs

organismo Microrganismo (J/m²)baixaDose Microrganismo Dose(J/m²)alta Alga Chlorella vulgaris 220 Blue green algae 4200 (vegetativa)Bactéria megatheriumBacillus 25 Sarcina lutea 264 (esporos)Bactéria Bacillus subtilis 220 Bacillus anthracis 462 Fungos Oospora lactis 110 Aspergillus niger 3300 Vírus Adenovírus tipo III 45 Tobacco mosaic 4400 Leveduras Levedura de cerveja 66 Saccharomyces sp. 176 Fonte: adaptada de Guerrero-Beltrán & Barbosa-Cánovas, 2004.2 Tabela 7.2 Doses de radiação ultravioleta utilizadas para inativação de microrganismos

■ Necessidade de flexibilidade na linha de produção, uma vez que, para melhores resultados, o equipamento utilizado deve ser movi mentado o mais próximo possível do produto-alvo, além de ser ne cessário evitar o contato da radiação com o operador.2

■

Na Tabela 7.3, são apresentadas doses de radiação UV utilizadas para eliminação de microrganismos em alimentos líquidos. Alimentos sólidos A luz UV-C é aplicada em frutas frescas, vegetais e raízes antes de se rem armazenados, com dois objetivos: reduzir a contagem inicial de microrganismos na superfície do produto e induzir resistência à conta minação microbiana. O efeito benéfico da luz UV em produtos frescos é chamado de “hormesis”, e o agente (luz UV) é denominado “hormetin” ou “efeito hormético”.33,34 O efeito hormético da luz UV-C pode estimu lar a produção de fenilalanina amônia-liase, que induz a formação de fitoalexinas (compostos fenólicos), a qual, por sua vez, pode aumentar a resistência de frutas e vegetais ao ataque microbiano. Esse efeito é reportado em diversos estudos, conforme mostrado na Tabela 7.4.

Baixa profundidade de atuação no alimento, sendo eficiente apenas na eliminação de microrganismos na superfície de alimento sólido, em embalagens e em líquidos transparentes (como água).

Alimentos líquidos Sabe-se que a luz UV só penetra um espaço muito curto na superfície de líquidos ou de água limpa.26 Por exemplo, a penetração da luz UV em sucos é de 1 mm para a absorção de 90% da luz.27 Essa é a principal razão do uso do fluxo turbulento durante o processamento de alimentos líquidos. A pe netração da radiação UV-C depende do tipo de líquido, da absorvidade à UV-C, dos solutos solúveis presentes e da matéria suspensa. Quanto maior a quantidade de sólidos, menor a intensidade de penetração da radiação UV-C.9,26 É necessária a exposição de no mínimo 400J/m² da luz UV a 254nm para assegurar a redução adequada de 5 ciclos log de um microrganismoalvo, para obter um alimento seguro microbiologicamente.2

Oxidação de lipídios presentes nos alimentos, resultando em altera ções sensoriais detectáveis pelo consumidor.25

113Tecnologia de Irradiação Ultravioleta em Alimentos: Conceito e Aplicação

■

114 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico Autor Produto Microrganismo Dose Resultado Wright et al (2000)19 Cidramaçãde E. coli 0157:H7 610 a 94J/m² 3,81 (UFC/mL)log Keyser et al. (2008)28 Néctar morangode Fungos levedurase UV-C λ = 2065,5J/L254nm 2,45 (UFC/mL)log Oteiza et al. (2005)29 Suco (pHlaranjade3,53) E. coli25922ATCC E. coli O157: H7 (EDL 933) UV-C λ = 254nm 0 a 6J/cm2 Redução de 5D para filme de 0,7mm espessuradee0,55J/cm2 Begum et al. (2008)30 alimentícioResíduo Aspergillusflavus , Aspergillusniger , corylophilumPenicillium, Eurotium rubrum 4644J/m² Redução de 80% a 99%viáveisesporos Shamsudinetal.(2014)31 Suco abacaxide Contagem total de placas 10,76mJ/m²(pulsado) Redução total de 1,91 log(total)UFC/mL Tremarin et al. (2016)32 Sucomaçãde Alicyclobacillusacidoterrestris 0,34 13,44W/m²)a Redução de 5 ciclos log no tratamentoseveromais UV-C: ultravioleta C. Tabela 7.3 Doses de radiação ultravioleta utilizadas em alimentos líquidos COnsideraÇÕes Finais A tecnologia de radiação ultravioleta é um processo não térmico emer gente para eliminação de microrganismos na superfície de alimentos, embalagens e equipamentos. Quando doses adequadas são adminis tradas, o processamento com radiação UV tem potencial para fornecer produtos seguros microbiologicamente, com características de pro dutos frescos e sem significativas alterações nutricionais ou sensoriais. O comprimento de onda curto no espectro violeta (UV-C) é letal para a maioria dos microrganismos e pode ser aplicada para oferecer produtos mais seguros ao consumidor.

ultrassom: Tecnologia e Processamento de alimentos

O processamento usando o ultrassom é uma tecnologia não térmica pro missora e sua aplicação na indústria de alimentos tem sido amplamente pesquisada.1 Quando comparado às técnicas tradicionais de processa mento, o ultrassom apresenta maior rendimento, produtividade e seleti vidade, por proporcionar menor gasto com água e energia, redução do tempo de processamento, além de diminuir o uso de substâncias quími cas ou a aplicação de calor, durante os procedimentos industriais.2,3 O ultrassom tem sido utilizado para inativação de microrganismos,4 inativação de enzimas,5,6 limpeza de superfícies,7,8 entre outras. Entretan to, os principais fatores que impedem uma maior utilização do ultras som em alimentos estão relacionados com os elevados custos de inves timento, o controle das variáveis associadas à operação do processo, a falta de regulamentação e a aceitação do consumidor.2,3

Bruna Garcia Alves Filgueiras Pamela Lemos Cruz Patrick Pereira dos Santos Raphael Canal Maximino Cintia da Silva Araújo Luciano José Quintão Teixeira Tarcísio Lima Filho CAPÍTULO 9

inTrOduÇÃO

Neste capítulo, serão abordados, a priori, as definições e os funda mentos da técnica e, posteriormente, os princípios de funcionamento, aplicações, principais limitações e desafios da utilização do ultrassom em alimentos.

As ondas sonoras são ondas mecânicas que necessitam de um meio para se propagar. Uma onda pode se propagar de forma perpendicular ou pa ralela, sendo transversal ou longitudinal. São consideradas transversais as ondas nas quais as partículas do meio oscilam perpendicularmente à di reção de propagação da onda. Nas ondas longitudinais, a direção do mo vimento das partículas é paralela à direção de propagação da onda. Nos materiais sólidos, pode-se verificar ambos os tipos de ondas atuando. Por outro lado, como os fluidos (líquidos e gases) não suportam tensão de cisalhamento, somente as ondas longitudinais se propagam neste meio.9

130 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico deFiniÇÕes e FundaMenTOs

A frequência de uma onda refere-se ao número de oscilação que passa por determinado ponto do alimento em um intervalo de tem po. O comprimento é determinado pela distância percorrida durante a perturbação inicial até o ponto em que a partícula torna a repetir o movimento, correspondendo a uma oscilação completa.11

As ondas sonoras apresentam alguns parâmetros de caracterização, como: velocidade (v), frequência (f), comprimento de onda (λ), amplitu de (A) e intensidade (I). A velocidade com que a onda sonora se propa ga no meio está relacionada com a sua frequência, o comprimento de onda e as propriedades físicas do meio. As ondas sonoras propagam-se a uma velocidade constante e dependem do meio de propagação. Em meios sólidos e líquidos, a densidade do meio e a elasticidade do ma terial podem afetar a velocidade de propagação da onda, ao contrário do meio gasoso, no qual a velocidade está relacionada com a pressão e o calor do próprio gás.9,10

A amplitude da vibração acústica é a altura da onda e determina a própria força da onda. Já a intensidade da onda é a quantidade de energia contida no movimento vibratório. A onda tende a ter a sua in tensidade reduzida ao percorrer o meio de tratamento, em virtude das características de propagação multidirecional de ondas e da absorção de parte da energia pelo material, que é convertida em calor, levando a um aumento de temperatura.12,13 Os ultrassons são ondas mecânicas acústicas de alta frequência, que necessitam de um meio para se propagar. A frequência acima de 20kHz

Tabela 9.1 Uso do ultrassom na conservação e tecnologia de alimentos conteúdo total de compostos fenólicos. Suspeita-se que mecanismos de pirólise e oxidação de radicais hidroxilas, formados por cavitação, têm influência na redução desses compostos.5,44 Outro estudo verificou que blueberries desidratadas por ultrassom apresentaram menor liberação de antocianina e compostos fenólicos quando comparadas às amostras tratadas por desidratação osmótica.29

135Ultrassom: Tecnologia e Processamento de Alimentos Produto Condições Resultado Autor vegetaisanimaisProteínase ▪ Ultrassom: y 20kHz y 34W/cm² y 2min ▪ Aumento da estabilidade da emulsão ▪ Melhoria na solubilidade de proteínas vegetais ▪ Melhoria no proteínasemulsionantedesempenhodeoutras etO’Sullivanal.(2016)35 lácteosProdutos ▪ Ultrassom de alta frequência: y 400kHz y 1.6MHz ▪ Separação de gordura do leite Juliano et al. (2011)36 Morango ▪ Ultrassom: y 20kHz y 30, 60, 90W/L y 5 e 10min ▪ Redução do crescimento de fungos ▪ Preservação das melhores propriedades de textura Aday et al. (2013)37 Folhas amoreirade ▪ porPré-tratamentoultrassom: y 25,2 117,6W/La y 5 a modo15mincontínuo ▪ Redução do tempo de secagem, sem prejudicar a qualidade do produto final Tao et (2016)al.38 Suco de uva ▪ Ultrassom: y 113W/cm² y 5min ▪ Acréscimo no teor de polifenóis totais ▪ Melhoria característicasdas sensoriais Comarella et al. (2012)23 lácteosProdutos ▪ combinadoUltrassom com pressão e calor: y 24kHz y 400W ▪ Redução de 5log de patogênicos,microrganismosincluindo Listeria innocua e Escherichia coli AguirreBermúdez-etal.(2009)24

COnsideraÇÕes Finais A tecnologia de ultrassom é um tratamento não térmico promissor na indústria de alimentos. É evidente que o número de trabalhos que en volvem essa tecnologia e sua aplicação no processamento de alimentos vem crescendo, diante dos benefícios que sua utilização causa sobre características físico-químicas, nutricionais e sensoriais. No entanto, os estudos devem prosseguir para que se conheçam as particularidades de cada alimento em relação à potência e às fre quências aplicadas. Controlando melhor os parâmetros do processo de ultrassom em cada alimento, pode-se aprimorar a aplicação da técnica e possibilitar a obtenção de alimentos com maior vida de prateleira, apresentando boas características sensoriais e sem perdas nutricionais.

Alterações em alimentos contendo lipídios A tecnologia de ultrassom usada nos procedimentos de emulsifica ção foi umas das primeiras técnicas aplicadas na indústria de alimen tos. As bolhas resultantes da cavitação provocam a implosão de dois líquidos imiscíveis, resultando no aumento da eficiência da mistura de ambas as camadas, promovendo uma emulsão mais estável que as obtidas pelas técnicas convencionais.45 Uma das vantagens dessa aplicação na emulsificação seria a possibilidade de reduzir o tama nho dos glóbulos de gordura, com uma distribuição homogênea em um tempo reduzido, e diminuir o uso de surfactantes ou até mesmo a sua ausência.46,47 No entanto, quando presentes, os agentes surfactantes se acumu lam na interface da bolha de cavitação, podendo sofrer degradação pe los radicais produzidos a partir da decomposição da água, que também é formada na bolha.48 Maionese tratada por ultrassom apresentou excelente cor branca, em face do menor tamanho das gotículas quando comparadas às obti das com técnicas convencionais de emulsificação.10 No entanto, durante a emulsificação e o processamento de óleos vegetais, aroma de ranço foi detectado.2,49

136 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

PARTE iV Métodos sanificantes CaPíTuLO 10 – Ozonização: Uma Nova Tecnologia de Sanitização de Alimentos, 143 CaPíTuLO 11 – Água Eletrolisada: Aplicação como Sanitizante na Indústria de Alimentos, 153

CAPÍTULO 10

Ozonização: uma nova Tecnologia de sanitização de alimentos

Samira da Silva Máximo Marcella Dias Marinho Menezes Krystal Cardoso Soares Estefan de Paula Daiane Bonizioli Benincá Laísa Bernabé do Carmo Cassiano Oliveira da Silva Luciano José Quintão Teixeira

inTrOduÇÃO

O ozônio foi descoberto em meados do século XIX, por um químico suíço chamado Christian Friedrich Schonbein. Em 1982, foi considerado uma substância reconhecidamente segura (GRAS; do inglês, Generally Recognized as Safe) pela Food and Drug Administration (FDA), com o uso permitido apenas para sanitização de água engarrafada. Posterior mente, sua utilização foi estendida aos alimentos. A aprovação para o uso em alimentos também foi considerada segura no Canadá, no Japão e na Europa.1 No Brasil, por meio da Portaria no 25/76 da Agência Nacio nal de Vigilância Sanitária (Anvisa), publicada no Diário Oficial da União em 9 de novembro de 1977, foi regulamentado o uso do ozônio (O3) na higienização de depósitos e utensílios para água.2 A utilização do ozônio como sanitizante alternativo vem tornan do-se uma excelente opção no processamento de alimentos. Entre tanto, especialmente no Brasil, poucas pesquisas têm sido realizadas e ainda não há legislação específica que oriente as aplicações do ozônio na área de alimentos.3

O ozônio destaca-se por ser um sanitizante com elevado potencial de oxidação e que atua sobre uma grande variedade de microrganismos,

144

Todo processo de sanitização tem vantagens e limitações; portanto, na escolha da tecnologia mais adequada ao produto, deve-se levar em consideração a matéria-prima, o tempo e a concentração do elemento sanitizante que será utilizado no processo de sanitização.

Diante deste contexto, este capítulo tem por objetivo apresentar uma breve revisão acerca das propriedades físicas e químicas, micro biológicas, e da aplicação do ozônio como um sanitizante em alimentos.

PrOPriedades FísiCas e QuíMiCas dO OzôniO

O ozônio é uma substância gasosa, instável, de odor penetrante, que se apresenta na forma triatômica do oxigênio (O3). É formado natural mente na estratosfera (0,05mg/L) em decorrência da ação da radiação ultravioleta (UV) do Sol sobre o oxigênio; no entanto, o gás produzido é muito instável e rapidamente se decompõe no ar.6 Possui massa molar de 48g/mol e se condensa a –119,9ºC. Sua geração se dá primeiramente pela divisão da molécula de oxigênio diatômico, que então reage com outras moléculas de oxigênio para formar as moléculas de ozônio. Exis tem também outros métodos para a produção de ozônio, tais como:3 Fotoquímico De descarga elétrica.

■

■ Radioquímico. ■ Eletroquímico.

Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico como fungos, protozoários, vírus, esporos e células vegetativas. Seu alto poder de oxidação lhe permite elevada capacidade de desinfec ção e esterilização, obtendo melhor ação em menor tempo de contato e concentração.4Entreasnovas

tecnologias, a ozonização pode tornar-se uma al ternativa ecologicamente correta e economicamente viável no âmbito da manutenção e preservação da qualidade dos produtos. Entretanto, algumas alterações indesejáveis nas características sensoriais e nutricio nais dos alimentos podem ser observadas, sendo que estas dependem da composição química do alimento, das condições do tratamento e da concentração de ozônio utilizado.5

■

O efeito do cloro livre e combinado causa alterações na permeabili dade da membrana das bactérias, que conduz a um extravasamento do conteúdo celular para o meio, levando à morte da maioria dos micror ganismos. Apesar dessa eficiência como germicida, o cloro apresenta toxicidade, o que torna o processo cada vez menos atrativo. A cloração pode conduzir à formação de compostos organoclorados, trialometa nos e ácidos haloacéticos, que são tóxicos e carcinogênicos.

147Ozonização: Uma Nova Tecnologia de Sanitização de Alimentos

Figura 10.1 Sistema de descarga corona para geração de ozônio Fonte: elaborada por Matheus de Paula Lopes a partir de Giodano, 2009.8

CalorCaloralternadaCorrente O2 Eletrodo de alta DielétricoEletrodovoltagemterraO3

inativar microrganismos patogênicos. Entretanto, o cloro ainda é o sa nitizante mais utilizado no mundo, sendo muito empregado na maioria das estações de tratamento de água superficial ou subterrânea e nas etapas de sanitização de alimentos.5

Em contrapartida, o ozônio não forma compostos orgânicos haloge nados, mas pode originar outros subprodutos orgânicos e inorgânicos.

A complexidade e o controle da formação desses subprodutos da ozonização estão relacionados com vários fatores, entre eles o pH e a presença de radicais livres que estabelecem condições críticas ao processo. O uso de certos desinfetantes em altas concentrações tem

Se níveis elevados de brometo, por exemplo, forem adicionados à água antes da ozonização, há formação de bromatos, que são carcinogêni cos. É possível minimizar a geração desses subprodutos se a ozonização for aplicada adequadamente e a água a ser tratada não apresentar ní veis elevados de contaminação química e/ou microbiológica.

PrOPriedades MiCrOBiOLógiCas dO OzôniO A inativação das bactérias pelo ozônio é um processo complexo.17 O ozô nio interage com vários componentes celulares, incluindo proteínas, lipídios insaturados, enzimas responsáveis pela respiração celular, peptido glicanos dos envelopes celulares, enzimas e ácidos nucleicos no citoplas ma e nas paredes de esporos e cápsulas virais.15 Alguns autores concluí ram que o ozônio molecular é o principal inativador de microrganismos, ao passo que outros enfatizam que a atividade antimicrobiana é causada pelos subprodutos da decomposição do ozônio, como OH, O2 e HO3 18,19 A redução ou a inativação da população microbiana em decorrência da ozonização depende de alguns fatores, entre eles: ■ A concentração de ozônio aplicado. O tempo de aplicação. O microrganismo envolvido.

O ozônio atua primeiramente na membrana celular, sendo a superfí cie da célula o primeiro alvo a ser atingido, e sua ação sobre o material nuclear dos microrganismos altera as bases púricas e pirimídicas dos áci dos nucleicos, como ocorre com alguns vírus, com a destruição do RNA, além de alterações nas cadeias polipeptídicas do capsídeo proteico.14

148 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico contribuído para o surgimento de microrganismos resistentes à desin fecção.15 Por isso, desinfetantes alternativos vêm sendo utilizados em combinação e/ou substituição ao cloro, como o ozônio, que é utilizado em grande escala na Europa.

A Tabela 10.2 compara algumas características dos processos de clo ração e ozonização.

■

Entre os fatores que influenciam a inativação da população micro biana em virtude da ozonização, inclui-se também o pH e a tempera tura. As alterações na eficiência do processo estão relacionadas com mudanças na taxa de decomposição do ozônio em função do pH.6 O ozônio é mais estável em pH mais baixo. A inativação de microrganis mos ocorre principalmente mediante reação com o ozônio molecular quando o pH é baixo.15

■

No processo de obtenção da AE, tem-se a produção da água eletrolisada oxidante (AEO) e da água eletrolisada reduzida (AER). A AEO, que é gerada no lado ânodo, contém alto potencial de oxidorre dução (POR), ácido hipocloroso e baixos valores de pH. Em contraparti da, a AER apresenta baixo POR e altos valores de pH, sendo gerada no ladoOcátodo.3usoda

Krystal Cardoso Soares Estefan de Paula Marcella Dias Marinho Menezes Samira da Silva Máximo Laísa Bernabé do Carmo Daiane Bonizioli Benincá Cassiano Oliveira da Silva Luciano José Quintão Teixeira CAPÍTULO 11

AEO como agente sanitizante, quando comparado aos agentes de limpeza tradicionais, é considerado mais eficaz e barato, apresentando como principais vantagens seu alto potencial de inati vação de microrganismos patogênicos e o menor impacto negativo no meio ambiente, bem como na saúde dos manipuladores, uma vez que,

inTrOduÇÃO

O processo de eletrolisação da água é um método de processamento não térmico, que consiste na aplicação de uma corrente elétrica sob uma solução de água salgada diluída, em que se obtém, ao final do processo, a água eletrolisada (AE). Por ser empregado para reduzir a contaminação microbiana em alimentos e utensílios, este método tem sido utilizado como sanitizante pela indústria de alimentos, assim como pela agricultura, odontologia e medicina.1,2

Água eletrolisada: aplicação como sanitizante na indústria de alimentos

dO TraTaMenTO POr Água eLeTrOLisada O tratamento de alimentos com água eletrolisada envolve aspectos legais, físicos, químicos e microbiológicos, que devem ser conhecidos para que o processo confira características benéficas aos alimentos sanitizados e, consequentemente, ao consumidor final. Aspectos legais A AE foi certificada em meados dos anos 1980 como um produto médi co no Japão, onde foi inicialmente desenvolvida.4,5 Entretanto, sua auto rização para utilização em larga escala como sanitizante em alimentos só foi liberada em 2002, de modo que o Ministério da Saúde (MS) do Japão assegurou sua eficácia contra a maioria das bactérias patogêni cas, que são de interesse para a segurança alimentar.2 Entretanto, vale ressaltar que existem opiniões diversas, em dife rentes partes do mundo, quanto à aplicação da AE como sanitizante e à sua regulamentação. Na União Europeia (UE), a AE só pode ser aplicada para água de consumo direto (“água para beber”), não sen do permitido seu uso em produtos alimentares como carne e pei xes, em virtude de sua propriedade de inativação de proteínas. Em contrapartida, nos Estados Unidos, ela pode ser utilizada para beber e nos procedimentos de limpeza e de sanitização, além de, recente mente, ter sido aprovada pelo Departamento de Agricultura a sua aplicação em produtos orgânicos.6 No Brasil, embora ainda não exis ta uma legislação específica para o uso da AE em alimentos, estudos têm sido realizados para aprimorar este método e evidenciam seu potencial de aplicação nestes produtos.

CaraCTerísTiCas

154 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico com exceção do cloreto de sódio, não são adicionados produtos quími cos durante a sua produção.2 Diante do exposto, este capítulo objetiva abordar a utilização da AE como sanitizante na indústria de alimentos, no que compreende as características do processo de obtenção, bem como os efeitos nos alimentos e microrganismos e as perspectivas futuras desta técnica promissora.

155Água Eletrolisada: Aplicação como Sanitizante na Indústria de Alimentos Princípios de obtenção da água eletrolisada O processo de eletrolisação da água e, consequentemente, a obten ção de AE (Figura 11.1) são possíveis mediante a passagem de uma solução salina diluída (cloreto de sódio ou outro sal clorado) por meio Figura 11.1 Processo de eletrolisação da água e obtenção da água eletrolisada oxidada e da água eletrolisada reduzida Fonte: elaborada por Matheus de Paula Lopes a partir de Huang et al., 2008.2 Água da torneira Solução salina O2 HO2 HO2 HHO22OHH2 OH ClCl2 +Eletrodo+ EletrodoMembranadeseparação Cl Cl Na+ Na+ OHH+ H+OH Águaoxidadaeletrolisada Águareduzidaeletrolisada

Tipos de água eletrolisada mais usuais e suas respectivas características

AEA 2,3 a 2,7 >1.000 Alto AEB 10,0 a 11,5 –800 a –900 Alto AEFA 5,0 a 6,5 800 a 900 NE NE AEN 7,0 a 8,0 750 a 900 NE NE

Tipos de água eletrolisada De acordo com Huang et al. (2008),2 ao final da produção, obtêm-se, simultaneamente, dois tipos de AE: a AEO, também chamada de água eletrolisada ácida (AEA), e a AER, também denominada água eletrolisada básica (AEB). Quando a AEA é misturada com a AEB ou quando o processo de eletrolisação é realizado sem a membrana de divisão, obtém-se um terceiro tipo, chamado de água eletrolisada fracamente ácida (AEFA). A água eletrolisada neutra (AEN) é produzida por meio da mistura da solução anódica com íons de OH ou usando uma única célula de NaCl ou HCl.8 As características destas águas são distintas, conforme mostrado na Tabela 11.1. Tipo de água pH PoR (mV) Teor de dissolvidoo2 Teor de dissolvidoH2

POR: potencial de oxidorredução; NE: não especificado; AEA: água eletrolisada ácida; AEB: água eletrolisada básica; AEFA: água eletrolisada fracamente ácida; AEN: água eletrolisada neutra. Fonte: adaptada de Huang et al., 2008;2 Guentzel et al., 2008.9 Tabela 11.1

156 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico de uma célula eletrolítica inerte carregada positivamente (ânodo) e negativamente (cátodo). O lado ânodo é separado do lado cátodo por uma membrana. A submissão dos eletrodos a uma tensão de corrente contínua promove a movimentação dos íons carregados negativamente para o lado ânodo, com a finalidade de doar elétrons e formar gás oxigênio (O2), gás cloro (Cl2), íon hipoclorito (OCl ), ácido hipocloroso (HOCl) e ácido clorídrico (HCl). Os íons carregados posi tivamente (p. ex., hidrogênio e sódio) movem-se para o lado cátodo para receber elétrons e formar gás hidrogênio (H2) e hidróxido de só dio (NaOH).7

PARTE V Outros Métodos não Térmicos CaPíTuLO 12 – Processos de Separação por Membrana Aplicados em Alimentos, 173 CaPíTuLO 13 – Plasma Frio na Conservação de Alimentos, 187

Os processos de separação de membrana (PSM) têm sido ampla mente utilizados na indústria de processos químicos. Na indústria de alimentos, sua utilização vem se tornando cada vez mais comum. Al gumas das aplicações típicas relacionadas com alimentos incluem a purificação de água, a concentração e clarificação de sucos de frutas, produtos lácteos, bebidas alcoólicas e águas residuais.2

Patrick Pereira dos Santos Raphael Canal Maximino Bruna Garcia Alves Filgueiras Pamela Lemos Cruz Leandro Levate Macedo Luciano José Quintão Teixeira Tarcísio Lima Filho CAPÍTULO 12 Processos de separação por Membrana aplicados em alimentos

Os PSM mais utilizados na indústria de alimentos são a ultrafiltra ção, a microfiltração, a nanofiltração e a osmose inversa. A força mo triz envolvida no processo é o gradiente de pressão. Na ultrafiltração, microfiltração e nanofiltração, o transporte ocorre por convecção por meio de uma membrana porosa e a seletividade está associada ao tamanho do poro. Na OR, o mecanismo de transporte é a difusão por meio de uma membrana densa; a capacidade seletiva está relacionada

inTrOduÇÃO Membrana pode ser definida como a interfase entre duas fases adja centes baseando-se na permeabilidade seletiva, sólida ou líquida que as separa, a qual restringe total ou parcialmente o transporte de uma ou várias espécies químicas presentes nas fases. Dessa maneira, é possível realizar a concentração, o fracionamento e a purificação de compostos.1

rapidamente, diminuindo a taxa de filtração e ocasionando o aumento da resistência hidráulica; por fim, o processo era interrompido várias vezes para a execução da limpeza ou troca o filtro.1 No começo, os PSM sofreram algumas rejeições, em primeiro lugar, porque qualquer nova tecnologia enfrenta problemas associados à falta de conhecimento so bre sua utilização e vantagens; em segundo lugar, em razão do alto custo das primeiras membranas comerciais.13

Atualmente, os PSM podem substituir processos como a centrifu gação, a destilação, a liquefação e a evaporação nas indústrias. Entre as vantagens de utilização da tecnologia dos PSM, citam-se:

MembranaPermeadoRetido Filtração convencionalescoamentocom A B MembranaPermeadoRetido Filtração

176 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

■

■ A economia de energia, pois, na maioria dos processos, não há mu dança de fases. A seletividade e capacidade de separar compostos termolábeis, pois operam à temperatura ambiente. A mínima modificação nutritiva do produto, já que não ocorre de gradação das substâncias.

■

Figura 12.1 (a e B) Esquema dos sistemas de PSM de dois tipos de escoamento. Filtração com escoamento convencional (a). Filtração com escoamento tangencial (B) Fonte: elaborada pelos autores. escoamentocomtangencial

Ultrafiltração A ultrafiltração (UF) possui membranas com poros entre 1 e 100nm.

179Processos de Separação por Membrana Aplicados em Alimentos Processo Aplicação Retido Nanofiltração ▪ Recuperação de corantes de efluentes ▪ Purificação de enzimas ▪ Concentração de lactose e outros açucares ▪ Partículas com MM de 500 a 2.000Da reversaOsmose ▪ Dessalinização de águas ▪ Concentração de sucos de frutas e produtos lácteos ▪ Desalcoolização de bebidas ▪ Todo material solúvel ou em suspensão Diálise ▪ Hemodiálise; rim artificial ▪ Recuperação de NaOH ▪ Moléculas de MM >5.000Da Eletrodiálise ▪ Concentração de soluções salinas ▪ Purificação de águas ▪ Macromoléculas e compostos iônicos Pervaporação ▪ Desidratação de álcoois ▪ Eliminação de VOC da água ▪ Líquidos menos permeáveis. gasosaPermeação ▪ Recuperação de hidrogênio ▪ Separação de CO2/CH4; fracionamento do ar ▪ Gases menos permeáveis MM: massa molar; VOC: compostos orgânicos voláteis. Fonte: adaptada de Habert et al., 2006.1 Tabela 12.2 Aplicações dos principais processos de separação por membrana (continuação)

Como os poros das membranas da UF são menores do que os da MF, é necessário maior força motriz para obter fluxos permeados adequados à utilização industrial. Com a UF, consegue-se purificar e fracionar so luções contendo macronutrientes (MM >5kDa), como proteínas, vírus, polissacarídeos, coloides, carboidratos e enzimas.1,20 A UF é utilizada

Como os poros das membranas da MF são relativamente grandes, pode-se utilizar baixa pressão como força motriz para o transporte. As principais aplicações da MF são a esterilização bacteriana de líquidos e gases e a purificação de fluidos.1,19

Segundo Habert et al. (2006),1 as membranas de OR possuem poros menores, apresentando maior resistência à permeação e, consequen temente, pressões de operação mais elevadas do que as utilizadas em UF. As membranas de OR exibem características intermediárias entre as membranas porosas usadas em MF e UF e as membranas densas em pregadas em pervaporação e permeação de gases. Eletrodiálise

principalmente na indústria de laticínios, para a concentração do leite antes da fabricação de derivados lácteos, para a concentração do soro de leite ou para a separação de sais e lactose.19

180 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

Este processo é conhecido como osmose reversa pelo fato de o fluxo permeado ser no sentido reverso do fluxo osmótico normal.1

Nanofiltração A nanofiltração (NF), denominada por alguns autores como osmose re versa livre, separa moléculas com massa molar menor do que as das moléculas separadas na UF, sendo utilizada, principalmente, para puri ficar enzimas. Além disso, a NF é capaz de separar íons que contribuem significativamente para a pressão osmótica, possibilitando, dessa ma neira, a utilização de pressões inferiores às necessárias na OR.19 Osmose reversa De acordo com Pertile (2013),6 a técnica de osmose reversa (OR) baseia-se no transporte do solvente pela membrana semipermeável, consistindo na aplicação da diferença de pressão maior que a pressão osmótica sobre a solução mais concentrada.

Conforme Mulder (1996),4 a técnica de eletrodiálise (ED) fundamenta-se na aplicação do campo elétrico com fluxo ordenado de cargas elétricas no mesmo sentido perpendicularmente à membrana, fazendo com que os cátions e ânions da solução de alimentação migrem por dentro da mem brana. No decorrer do processo de migração, os íons positivos migram para o cátodo e os íons negativos para o ânodo. Os ânions atravessam pela membrana aniônica e são barrados pela membrana catiônica, comporta mento semelhante ao observado para as moléculas positivas.

187Plasma Frio na Conservação de Alimentos Daiane Bonizioli Benincá Laísa Bernabé do Carmo Krystal Cardoso Soares Estefan de Paula Samira da Silva Máximo Marcella Dias Marinho Menezes Cassiano Oliveira da Silva Luciano José Quintão Teixeira CAPÍTULO 13 Plasma Frio Conservaçãonade alimentos

inTrOduÇÃO A descontaminação e a minimização da deterioração dos alimentos são questões críticas para garantir a sustentabilidade e segurança dos alimentos. Embora as abordagens térmicas e químicas conti nuem sendo os pilares do processamento, há uma busca contínua por soluções não térmicas para o tratamento de alimentos. A tec nologia de plasma frio trouxe uma nova dimensão ao conceito de descontaminação sob condições ambientais, na medida em que é um conjunto de métodos de descontaminação física e química. Essa inovação decorre do desenvolvimento de métodos para gerar plas ma a pressões e temperaturas atmosféricas. Os recentes desenvolvi mentos em fontes de plasma frio, a confirmação de forte ação anti microbiana e a capacidade de tratar os alimentos com a retenção de sua qualidade levaram ao desenvolvimento desta tecnologia na área do processamento de alimentos.1

O plasma é um gás ionizado que contém uma matriz de espécies ati vas, como elétrons, íons e radicais livres, e é considerado o quarto estado da matéria. Quando energia é adicionada a um gás, estruturas intramole culares se quebram liberando elétrons e íons livres. O plasma é induzido

O plasma térmico é gerado a altas pressões (>10 5 Pa) e requer até 50MW de potência para que ocorra sua propagação, sendo caracte rizado por um quase-equilíbrio termodinâmico entre os elétrons e as espécies reativas mais pesadas, resultando em altas temperaturas do gás.4,5 O plasma frio é produzido em baixos níveis de pressão e potência, sem equilíbrio termodinâmico. A energia fornecida desassocia o gás em um conjunto de espécies reativas, ocorrendo em seguida reações como excitação, ionização e desativação.2 Pode ser definido também como um gás parcialmente ionizado, no qual a energia é armazenada com mais força nos elétrons livres e a temperatura geral permanece baixa.

RecombinaçãoVaporizaçãoCongelamentoDeposição Sublimação CondensaçãoIonizaçãoDerretimento EntalpiadosistemaSólidoGás LíquidoPlasma

A baixa temperatura macroscópica do plasma frio é sua principal característica, o que permite sua utilização no tratamento de produtos Figura 13.1 Diagrama de transição de fases e entalpia do sistema Fonte: elaborada por Matheus de Paula Lopes a partir de Helmenstine, 2019.3

188 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico sob diferentes temperaturas e pressões por meio da energização de um gás neutro, podendo ser classificado como: plasma térmico ou não tér mico (plasma frio).2 A Figura 13.1 representa o diagrama de conversão de fases (estados da matéria), sendo o plasma a de maior entalpia.

O plasma frio pode ser gerado por descargas elétricas em gases sob baixa pressão ou sob pressão atmosférica.5 As elevadas temperaturas do gás nos plasmas térmicos não per mitem sua aplicação em materiais sensíveis ao calor; assim, a utili zação do plasma frio vem sendo preferida. Um novo campo de apli cação é o tratamento de materiais sensíveis ao calor por plasma de modo indireto. Em face de certa distância entre o plasma e a amos tra, a temperatura de superfície pode ser mantida inferior a 45ºC.

Plasma Frio na Conservação de Alimentos

■ Espécies reativas de oxigênio, como oxigênio atômico (O), oxigênio singlete (1O2), ânion superóxido (O2 ) e ozônio (O3).

Dessa maneira, o plasma frio tornou-se uma tecnologia promissora de processamento não térmico de alimentos,6 mostrando-se efetiva para a descontaminação, melhorando a conservação e a segurança dos mesmos.4

■ Espécies reativas de nitrogênio, como nitrogênio atômico (N), nitro gênio excitado (N2) e óxido nítrico (NO).

termossensíveis.

189

Desse modo, este capítulo tem por objetivo abordar as fontes e a geração do plasma frio, bem como suas vantagens, limitações, efeitos nos microrganismos e enzimas e aplicações nos alimentos.

Normalmente, as espécies reativas geradas no plasma frio são as seguintes:5

FOnTes e geraÇÃO dO PLasMa FriO Várias tecnologias podem ser usadas para gerar o plasma frio, operando a pressão atmosférica ou em algum grau de vácuo. Pode ser utilizado um gás simples, como oxigênio ou nitrogênio, ou uma mistura de gases, que pode conter hélio, argônio e outros. A energia motriz é tipicamente a eletricidade, mas também pode ser micro-ondas. Os sistemas de plas ma frio são diversos e flexíveis, e novos sistemas vêm sendo continua mente construídos e testados (Figura 13.2).7

■ Oxigênio (O2) e nitrogênio (N2) eletrônico e vibracionalmente exci tado.

Figura 13.2 Representação esquemática de gerador de plasma frio a pressão atmosférica desenvolvido no Centro de Ciências Agrárias e Engenharias (UFES –Alegre/ES). Fonte de alta voltagem (1). Suporte com dimensões de 30cm × 30cm × 15cm (2). Cabo de alta voltagem (3). Cabo de fluxo de gás (4). Controlador do fluxo de gás (5). Dispositivo gerador de plasma (6) Fonte: elaborada por Matheus de Paula Lopes.

190 Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico

Na geração do plasma, ocorre a transmissão de energia do campo elétrico para os elétrons do gás. Posteriormente, a energia é transmitida para as espécies neutras por meio de colisões, que podem ser divididas em colisões elásticas e inelásticas.8

As colisões elásticas aumentam a energia cinética das espécies neutras, sem alterar a energia interna. Já as colisões inelásticas ocorrem quando há energia eletrônica suficiente e, com isso, alteram a estrutura eletrônica das espécies neutras, dando origem a íons ou espécies excitadas.8

A composição e a concentração das espécies geradas dependerão dos parâmetros do processo e do gás utilizado. Normalmente, as prin cipais descargas elétricas utilizadas na geração de plasma não térmico são as descargas corona, as descargas de barreira dielétrica, o jato de plasma e a descarga de micro-ondas (Figura 13.3).5

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índice

A Agente sanitizante, 153 Água eletrolisada, 153 - aplicação em alimentos, 159 - características do tratamento por, 154 - conservação de alimentos, 157 - efeitos - - nos alimentos, 159 - - nos microrganismos, 163 - perspectivas na área, 165 - princípios de obtenção da, 155 - tipos de, 156 - vantagens e desvantagens, 159 -Alimentoslíquidos, 113 - sólidos, 113 Alta pressão hidrostática, 65 - aplicações, 71 - conceitos teóricos, 66 - efeito(s) - - em alimentos, enzimas, microrganismos e esporos, 72 - - nas características sensoriais e nutricionais, 72 - - nas enzimas, 73 - - sobre os esporos, 77 - - sobre os microrganismos, 75 - equipamentos, 68 - mercado, 70 Alterações em alimentos contendo lipídios, 136 Avanços tecnológicos no descongelamento de alimentos, 41 B Bomba a vácuo, 6 C Cadeia do frio, 29 Câmara a vácuo, 4 Campos elétricos pulsados de alta intensidade, 81 - características do tratamento, 82 - efeito - - nas enzimas, 94 - - nos alimentos, 96 - - nos microrganismos, 91 - vantagens e limitações, 89 Cavitação, 131

Cloro, Complexidade146 do DNA, 122 Composição do alimento, 123 Condensador, Condutividade5elétrica, 89 Congelamento, 6, 31, 35 Conservação de alimentos - alta pressão hidrostática aplicada na, 65 - campos elétricos pulsados de alta intensidade na, 81 - pelo frio, Crioconcentração,35 17-19 - aplicações na indústria de alimentos, 22 - eutética, 21 - limitações, 25 - mecanismo, 23 - por bloco(s) - - completo, 21 - - parciais, 21 - por suspensão, 20, 21 - progressiva, 21 - vantagens e desvantagens, 24 Curvas de congelamento, 33 D -Descargacorona, 191 - de barreira dielétrica, 192 - por micro-ondas, 192 Descongelamento, 37 Dessorção, 9 E Eletrocongelamento, 41 Eletrodiálise, 180 Estado físico dos alimentos, 122 F Filtração, 174 Freeze-drying, 3, 40 J Jato de plasma, 192 L Liofilização, 3, 4, 40 - aplicações em alimentos, 11 - equipamentos e componentes, 4

204 Índice - mecanismos, 6 - vantagens e desvantagens, 10 Liofilizadores, 4 - de bancada, 5 Lyophilization, 3 M Mecanismos da liofilização, 6 Membrana(s), 173 - biológicas, 174 - poliméricas, 174 - sintéticas, 174 -Métodosdeconservação, 17 - de processamento não térmico que envolvem ondas, 103 - emergentes, 63 - híbridos, 54 - não térmicos de conservação de alimentos, 3 - sanificantes, ModificaçãoMicrofiltração,141177 - de cor, 134 - dos antioxidantes, 134 N Nanofiltração, 180 Número de microrganismos, 122 O Oscilatórios, 86 Osmose reversa, 180 Ozônio, 143 - aplicação em alimentos, 149 - como sanitizante alternativo ao cloro, 146 - produção industrial, 145 - propriedades - - físicas e químicas do, 144 - - microbiológicas, 148 Ozonização, 143 P Plasma frio, 187 - categorias, 193 - efeito - - nas enzimas e compostos químicos, 196 - - nos microrganismos, 194 - fontes e geração do, 189 - vantagens e desvantagens, 199 Presença ou ausência de oxigênio, 122 Princípios da radiação, 120 Processamento de alimentos uso do frio e temperaturas moderadas no, 1 -Processo(s)desecagem a frio, 40 - de separação por membrana, 173, 174 - - aplicações, 181 Produção de sucos concentrados, 18 Pulso exponencial, 86 R Radapertização, 121 Radiação(ões), 106 - eletromagnéticas, 106 - ionizante, 119 - - aplicações, 125 - - efeito sobre - - - características nutricionais e físicoquímicas, 123 - - - características sensoriais, 123 - - - microrganismos, 122 - princípios da, 120 - ultravioleta, 105, 106 - - efeito - - - em sistemas alimentícios, 112 - - - germicida, 106 - - - nos microrganismos, 111 - - fontes de, 109 - - mecanismo de ação e aplicação, 108 Radiciação, Refrigeração,Radurização,Radicidação,12212212231, 35 - equipamentos, 38 Riodesidratação, 3 Ruptura dielétrica, 90 S Secagem, 3 - a frio, 3 - a vácuo, 45, 47 - - aplicações em alimentos, 56 - - assistida por - - - micro-ondas, 49 - - - ultrassom, 51 - - vantagens e limitações, 55 - primária, 8 - secundária, 9 Sublimação, 8 T Técnicas de conservação de alimentos, 17 -Tecnologiadeconservação de alimentos, crioconcentração na, 17 - de irradiação ultravioleta, 105 U Ultrafiltração, 179 -Ultrassomaplicações em alimentos, 132 - definições e fundamentos, 130 - limitações e desafios do, 134 Umidade, 122

Tecnologia

Tecnologia de Alimentos: Processamento Não Térmico apresenta várias tecnologias inovadoras de processamento não térmico dos alimentos, trazendo uma revisão atual dos temas propostos. O conteúdo foi trabalhado durante muitos anos na disciplina de Processamento Não Térmico dos Alimentos, que é oferecida para o curso de Mestrado do Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Este livro foi escrito por professores e alunos desse programa, bem como por outros convidados com experiência nessa área do conhecimento. Esta obra visa apresentar uma revisão sobre as principais tecnologias de processamento não térmico dos alimentos. Não pretendemos esgotar esse tema, pois ele é muito amplo e diverso. Em razão da escassez de livros, em português, específicos nessa área, este material contribuirá para fornecer um suporte teórico àqueles que pretendem aperfeiçoar seus conhecimentos em processamento não térmico dos alimentos. de AliMeNTOs

O surgimento do tratamento térmico representou um enorme avanço; contudo, o emprego do calor compromete a qualidade nutricional e sensorial de produtos sensíveis a ele. Dessa maneira, foram desenvolvidos os tratamentos não térmicos dos alimentos, que têm por objetivo conservar os alimentos, mantendo suas características o mais próximo do natural possível.

Área de interesse Nutrição 9 786588 34017 2