Tecnologia do Processamento de Alimentos

Autor(es): P. J. Fellows
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Reescrita e ampliada, esta 4ª edição de Tecnologia do processamento de alimentos: princípios e prática combina teoria e cálculos de processamento de alimentos com o resultado de estudos científicos e práticas comerciais. Abrangente, a obra apresenta um panorama da maioria das operações unitárias, oferecendo detalhes dos métodos e equipamentos de processo, condições de operação e os efeitos do processamento tanto nos microrganismos que contaminam ou deterioram os alimentos como nas propriedades físico-químicas, nutricionais e sensoriais dos alimentos.

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Parte I - Princípios básicos

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Parte I

Princípios básicos

Propriedades dos alimentos e princípios de processamento

O conhecimento da estrutura e composição dos alimentos, suas propriedades químicas, sensoriais e nutricionais, bem como os tipos de microrganismos possíveis de estar presentes nos alimentos, é um requisito necessário para entender como as operações unitárias são utilizadas para conservar os alimentos ou alterar suas qualidades como alimento. Neste capítulo, as propriedades físicas e bioquímicas dos alimentos são descritas, seguidas por uma descrição das mudanças nos alimentos que determinam sua vida de prateleira e sua segurança. Após, são apresentados os métodos utilizados para gerenciar a qualidade e a segurança dos alimentos, de forma a assegurar a autenticidade e a rastreabilidade e monitorar e controlar os processos. O projeto higiênico dos equipamentos de processo, a limpeza e sanitização das instalações de processamento e o descarte dos resíduos são descritos antes do final do capítulo, quando são apresentados alguns princípios importantes de engenharia de alimentos, incluindo transferência de massa e calor, fluxo de fluidos e transição de fases e vítrea. Esses aspectos serão aprofundados nos capítulos subsequentes, que descrevem as operações unitárias individualmente. Periódicos que incluem pesquisas de ciência e tecnologia de alimentos são listados com links para cada publicação no www.scimagojr.com/journalrank.php sob o assunto “Food

 

2.1 Refrigeração de colheita e carcaças

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Preparação das matérias-primas

Os alimentos necessitam de resfriamento logo após o abate ou a colheita para reduzir tanto a atividade metabólica como o crescimento de microrganismos e, assim, reduzir as mudanças nas qualidades organolépticas e nutricionais e manter a segurança do produto. A maioria das matérias-primas provavelmente contém contaminantes, componentes que não são comestíveis ou características físicas variáveis (p. ex., forma, tamanho ou cor) que deveriam ser retiradas antes de qualquer processamento subsequente. Não é possível produzir alimentos processados de alta qualidade a partir de matérias-primas de baixa qualidade, sendo, portanto, necessário realizar uma ou mais das operações unitárias de resfriamento, limpeza, seleção, classificação ou descascamento para garantir que os alimentos tenham uma alta qualidade uniforme e que estejam preparados para o processamento seguinte ou para comercialização no setor de mercadorias frescas. Essas operações são essenciais para oferecer matérias-primas seguras e manter a integridade da cadeia alimentar.

 

2.2 Limpeza dos alimentos

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168   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente mais rápido do que, por exemplo, o resfriador de esteira, pois a água tem maior contato com a superfície do alimento e as taxas de transferência de calor são correspondentemente mais altas.

Vídeos de um (a) resfriador por imersão estão disponíveis em www.youtube.com/watch?v=kg-nS_zUs0k; (b) um resfriador de batelada em www.youtube.com/watch?v=sbIoqydufGQ; e (c) um resfriador de esteira em www.youtube.com/ watch?v=JBL4WWsiQ6I.

2.1.2.1  Resfriamento de carcaças

Após o abate, diferentes técnicas de processamento são utilizadas para diferentes espécies de animais. Por exemplo, após a evisceração, os porcos são pelados, e de outras carcaças de animais (cordeiro, cabritos, gado, coelhos, etc.) são retiradas a pele e é feita a higiene para remover todas as partes danificadas ou contaminadas e deixar as carcaças em uma condição adequada para a armazenagem refrigerada. Entretanto, carcaças animais não devem ser resfriadas imediatamente após o abate, para permitir tempo para o rigor mortis (veja Quadro 26.1). Mais detalhes das alterações pós-abate de carne são descritos por Lawrie e Ledward (2006). Boyle e O’Driscoll

 

2.3 Seleção e classificação

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Capítulo 2   Preparação das matérias-primas   175

TABELA 2.4  Resumo das técnicas utilizadas para a detecção de corpos estranhos

Técnica

Comprimento de onda

Produto alimentício

Contaminante

Micro-ondas

1–100 mm

Frutas

Sementes e caroços de frutas

Ressonância magnética

1–100 mm 1 campo magnético

Frutas e hortaliças

Sementes e caroços de frutas

Infravermelho

700 nm–1 mm

Nozes, frutas, hortaliças

Cascas de nozes, caroços e sementes

Óptica

400–700 nm

Frutas e hortaliças

Pedras e galhos

Ultravioleta

1–400 nm

Carne, frutas e hortaliças

Gordura, nervos, caroços e sementes

Raios X

 1 nm

Todos os alimentos a granel ou embalados

Pedras, plástico, metal, vidro, borracha, ossos

Capacitância

N/D

Produtos com espessura

 5 mm

Magnética

N/D

Alimentos a granel ou embalados

Metais

 

2.4 Descascamento

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Capítulo 2   Preparação das matérias-primas   183

descoloração verde em batatas. A clorofila aparece branca no visor, enquanto todo o resto, incluindo as manchas marrons nos vegetais e insetos da mesma cor, não transformam a energia a laser e aparecem em preto. Equipamentos que têm sistemas de visão de raio X podem detectar falhas internas ou condições fisiológicas que não são detectáveis pelo escaneamento da superfície do produto.

Cubeddu et al. (2002) descrevem técnicas

ópticas que fornecem informações tanto da superfície como das propriedades internas de frutas, incluindo sua textura e composição química. Isso pode ser utilizado para classificar frutas de acordo com sua maturidade, firmeza ou presença de defeitos, ou quantidades de clorofila, açúcar ou ácido. Um classificador descrito por Bühler (2016) pode categorizar cenouras como aceitáveis, descoloridas ou com pedaços com má formação, com capacidade para até 10 t h1. Aplicações na indústria de panificação incluem seleção de pães, biscoitos e cookies baseadas na avaliação tridimensional e na cor, para remover produtos com má formação e evitar o trancamento dos equipamentos automáticos de embalagem. Técnicas tridimensionais são também importantes quando os produtos são empilhados para caber em embalagens de tamanho específico. Pelo monitoramento da altura de cada produto individualmente, a altura da pilha pode ser calculada para garantir que irá caber na embalagem. Mais informações e exemplos de operações e aplicações de sistemas de máquinas de visão são apresentados por Graves e Batchelor (2013), e mais informações sobre os produtos estão disponíveis em AIA (2016) e pelos fabricantes de equipamentos (Bühler,

 

Referências

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184   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente que monitora a qualidade do produto descascado, ajustando os parâmetros de operação para compensar flutuações na matéria-prima. O painel de controle do escâner mostra o tempo de vapor e a porcentagem de casca removida e os compara com os limites estabelecidos pelo programa de garantia da qualidade (Tomra, 2016).

Equipamentos de descascamento por facas foram desenvolvidos para produtos individuais, incluindo cebolas, camarões e frutas. No descascamento de cebolas, uma lâmina corta o fruto e a casca externa é removida suavemente por ar comprimido. O equipamento consegue processar até 4.000 cebolas h1 com tamanho variando de 40 a 110 mm

(Nakaya, 2016). A operação do descascador de camarões que pode limpar até 5.000 camarões h1 é descrita por Jonsson (2016) (Figura 2.13).

No descascamento de frutas, lâminas estacionárias são pressionadas contra a superfície de frutas que giram, para remover a casca. De forma alternativa, as lâminas podem girar contra frutas paradas. Este método é particularmente adequado para cítricos, nos quais a casca é facilmente removida e há pouco dano ou perda de fruta, porém também é recomendado para outras frutas arreCamarão

 

Leituras sugeridas

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Capítulo 2   Preparação das matérias-primas   187

‘Optigrader 600’. Videos of egg grading equipment are also available (acesso em: janeiro de 2016).

Seedboro, 2016. Clipper Prelude Model 526 Cleaner. Seedboro Equipment Company. Disponível em: www.seedburo. com > Grain & seed cleaners > Air screen cleaner (acesso em: janeiro de 2016).

Singh, C.B., Jayas, D.S., 2013. Optical sensors and online spectroscopy for automated quality and safety inspection of food products. In: Caldwell, D.G. (Ed.), Robotics and

Automation in the Food Industry: Current and Future

Technologies. Woodhead Publishing, Cambridge, pp.

111-129.

Smith, K.L., 2002. Recommended Storage Temperature and

Relative Humidity Compatibility Groups. Ohio State

University Extension. Disponível em: ohioline.osu.edu/ fresh/Storage.pdf (acesso em: janeiro de 2016).

Spartan, 2016. Information on Treatment of Water with Ozone. Spartan Environmental Technologies. Disponível em: www.spartanwatertreatment.com > select ‘Food & beverage processing’ > select ‘Ozone wash water treatment for fruits and vegetables’ (acesso em: janeiro de 2016).

 

3.1 Centrifugação

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Extração e separação dos componentes dos alimentos

A separação de componentes dos alimentos é fundamental para a preparação de ingredientes a serem utilizados em outros processos (p. ex., cocção de

óleos de cozinha de oleaginosas, açúcar de cana-de-açúcar ou beterraba ou gelatina de tecido conectivo); e para a recuperação de compostos de grande valor, como óleos essenciais ou especiais de castanhas ou enzimas (p. ex., papaína do mamão papaia para o amaciamento da carne ou a renina do estômago de bezerros para a fabricação de queijos).

Existem dois tipos de separação principais:

1. Separação de líquidos e sólidos (p. ex., sucos de frutas, pectina e substâncias solúveis do café) ou a separação líquido-líquido (p. ex., nata e leite desnatado). Um ou ambos os componentes podem ser valorizados.

2. Separação de pequenas quantidades de sólidos de líquidos. Aqui, o objetivo principal é a purificação ou o clareamento dos líquidos

(como vinho, cerveja, água, sucos, etc.), e os sólidos são o rejeito.

 

3.2 Filtração

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194   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente rotação, os sólidos formam uma torta (cake) na parede do tambor. Quando ela atinge uma espessura predeterminada, o tambor é drenado e a torta é removida através de uma abertura na base.

Alimentos que contenham concentrações mais elevadas de sólidos (Tabela 3.1) são separados utilizando-se centrífugas de bico ou centrífugas de válvula de descarga. Estas são semelhantes aos tipos de disco, mas os tambores apresentam um formato bicônico. Nas centrífugas de bico, os sólidos são continuamente descarregados através de pequenos orifícios na periferia do tambor, sendo coletados em um recipiente. No tipo com válvula, os orifícios têm válvulas que periodicamente se abrem por uma fração de segundo para liberar os sólidos acumulados. As vantagens desse último desenho incluem menor desperdício de líquido e a produção de sólidos mais secos.

Ambos os tipos são capazes de separar o líquido inicial em três fases: leve, densa; e de sólidos. As centrífugas clarificadoras são usadas para tratar

 

3.3 Extração

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Capítulo 3   Extração e separação dos componentes dos alimentos   201

do material do filtro, e apresentam uma área filtrante maior (p. ex., 100 m2). Esses tipos de filtro são compactos e apresentam um baixo custo de mão de obra e capacidade elevada (p. ex., 5.000 kg m−2 h−1). Entretanto, eles apresentam um custo de capital relativamente elevado e produzem uma torta com um teor de umidade moderadamente elevado.

3.3 EXTRAÇÃO

3.3.1  Aspectos teóricos

Operações de extração utilizam a pressão para extrair componentes de materiais vegetais (p. ex., sucos de frutas, açúcar, óleos vegetais e suco de uva para vinhos). Esses materiais estão localizados no interior da estrutura celular de plantas e é necessário primeiro romper as células para liberá-los. Isso é realizado em uma única etapa, que tanto rompe as células como extrai o líquido, ou em duas etapas, que consistem em redução de tamanho para produzir uma polpa ou farinha (veja

Seção 4.1) seguida de separação em uma prensa.

 

3.4 Extração utilizando solventes

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206   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente

(A)

Alimentação

Ajuste da pressão

Rosca

(B)

Líquido

Sólidos

Anel acelerador

FIGURA 3.13  (A) Extrator de óleos mostrando o tambor da rosca. (B) Funcionamento da prensa de rosca/extrator de óleo, mostrando o anel de aceleração usado para o processamento de oleaginosas.

(A) Cortesia de Rosedowns, 2013. Sterling 100 series oil expeller. Desmet Ballestra. Disponível em: www.desmetballestra. com/equipment/oilseed-a-f-equipment/sterling-series-screw-presses (www.desmetballestra.com > selecionar ‘Equipment’

> ‘Oilseed equipment’ > ‘Sterling series screw presses’, faça o download ‘Sterling 100 series pdf’) (acessado em janeiro de

2016) e (B) retirada de Brennan, J.G., Grandison, A.S., Lewis,

M.J., 2011. Separations in food processing (crystallisation).

In: Brennan, J.G., Grandison, A.S. (Eds.), Food Processing

Handbook. Wiley/VCH, Wienheim, Alemanha, pp. 429–512 e Stein, W., 1984. New oil extraction process. Food Eng. Int.

 

3.5 Separação por membrana

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Capítulo 3   Extração e separação dos componentes dos alimentos   211

3.5  SEPARAÇÃO POR MEMBRANA

A separação ou concentração dos componentes alimentares utilizando membranas é amplamente utilizada, especialmente nas indústrias de processamento de frutas, de derivados do leite e de bebidas alcoólicas. Ela também é utilizada para purificar água de processamento e tratar águas residuais (veja Seção 1.7.2) em uma ampla variedade de indústrias de alimentos. A emulsificação por membrana é descrita na Seção 4.2.3. Existem sete tipos de sistemas de membrana em uso nas indústrias de alimento, agrupados da seguinte maneira, de acordo com a força reponsável pelo transporte através de membranas:

1. Sistemas de pressão hidrostática – Osmose reversa, nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração e pervaporação (Figura 3.16).

2. Sistemas em que a diferença de concentração

é a força propulsora – Troca iônica e eletrodiálise (veja Seção 3.5.3.1).

Detalhes adicionais da separação por membrana e concentração são fornecidos por Cassano et al. (2014), Singh e Heldman (2014c), Berk

 

3.6 Efeitos nos alimentos e microrganismos

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Capítulo 3   Extração e separação dos componentes dos alimentos   223

onde E (J) 5 consumo de energia, I (A) 5 corrente elétrica, n 5 número de células, R ( ) 5 resistência da célula, e t (s) 5 tempo. Detalhes adicionais são fornecidos por Singh e Heldman

(2014c) e Bazinet (2005).

Os equipamentos permutadores de íons e de eletrodiálise são construídos usando uma matriz porosa feita de poliacrilamidas, polistireno, dextranos ou sílica. As aplicações no processamento de alimentos incluem descoloração de xaropes de açúcar, desmineralização e recuperação de proteínas do soro de leite ou do sangue, amaciamento e desmineralização de água e separação de substâncias de alto valor, como enzimas purificadas

(Tanaka, 2011; Grandison, 1996). Por exemplo, o soro de queijo passa por meio de células diluidoras de íons, e salmoura é circulada por meio de células concentradoras de íons. Íons minerais deixam o soro e se concentram na salmoura, desmineralizando o soro do queijo. Essa é uma aplicação importante da eletrodiálise, sendo o soro desmineralizado utilizado em alimentos infantis, bebidas, molhos de salada, coberturas de confeitos, misturas para sorvete e produtos de panificação. A eletrodiálise também pode ser utilizada para remover potássio e ácido tartárico de vinhos, para evitar a formação de precipitado, para dessalinizar salmouras para picles e para desacidificar sucos de frutas a fim de reduzir seu amargor. Ela também é utilizada para purificar a água e para obter sal da água do mar.

 

3.7 Efeito nos microrganismos

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Capítulo 3   Extração e separação dos componentes dos alimentos   223

onde E (J) 5 consumo de energia, I (A) 5 corrente elétrica, n 5 número de células, R ( ) 5 resistência da célula, e t (s) 5 tempo. Detalhes adicionais são fornecidos por Singh e Heldman

(2014c) e Bazinet (2005).

Os equipamentos permutadores de íons e de eletrodiálise são construídos usando uma matriz porosa feita de poliacrilamidas, polistireno, dextranos ou sílica. As aplicações no processamento de alimentos incluem descoloração de xaropes de açúcar, desmineralização e recuperação de proteínas do soro de leite ou do sangue, amaciamento e desmineralização de água e separação de substâncias de alto valor, como enzimas purificadas

(Tanaka, 2011; Grandison, 1996). Por exemplo, o soro de queijo passa por meio de células diluidoras de íons, e salmoura é circulada por meio de células concentradoras de íons. Íons minerais deixam o soro e se concentram na salmoura, desmineralizando o soro do queijo. Essa é uma aplicação importante da eletrodiálise, sendo o soro desmineralizado utilizado em alimentos infantis, bebidas, molhos de salada, coberturas de confeitos, misturas para sorvete e produtos de panificação. A eletrodiálise também pode ser utilizada para remover potássio e ácido tartárico de vinhos, para evitar a formação de precipitado, para dessalinizar salmouras para picles e para desacidificar sucos de frutas a fim de reduzir seu amargor. Ela também é utilizada para purificar a água e para obter sal da água do mar.

 

Referências

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224   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente

TABELA 3.11  Composição do suco de laranja antes e após ultrafiltração

Componente

−1

(mg L )

Alimentação Permeado

Pectina hidrossolúvel

135

27

Ácido monogalacturônico

288

193

Polifenóis

1.536

1.354

Óleos essenciais

370

20

Antocianógenos

1.077

825

Nitrogênio total

1.330

1.176

Observação: Minerais, acidez total e açúcares (sacarose, glicose e frutose) apresentaram concentrações semelhantes antes e após ultrafiltração.

Fonte: Adaptada de Girard, B., Fukumoto, L.R., 2000.

Membrane processing of fruit juices and beverages: a review.

Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 40(2), 91–157. Reimpressa com a permissão de Taylor and Francis Ltd em http://informaworld. com.

mos, incluindo leveduras, mofos e bactérias, mas não vírus, de alimentos ou de água de processamento, sendo concentrados no líquido de saída.

 

Leituras sugeridas

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228   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente

Soya, 2016. Soya - information about soy and soya products.

Disponível em: www.soya.be/soybean-oil.php (www. soya.be > select ‘Soybeans’ > Soybean oil’) (acesso em: janeiro de 2016).

Spilimbergo, S., Elvassore, N., Bertucco, A., 2002. Microbial inactivation by high-pressure. J. Supercrit. Fluids. 22, 5563, http://dx.doi.org/10.1016/S0896-8446(01)00106-1

SSP, 2011. Process Technology for Instant Tea Powder. SSP

India. Disponível em: www.sspindia.com/pdf/instant-coffe-catalogue.pdf (www.sspindia.com > select ‘About us’

> ‘Download pdf catalogue’ > ‘Instant coffee’) (acesso em: janeiro de 2016).

Stein, W., 1984. New oil extraction process. Food Eng. Int. 59,

61-63.

Sulzer, 2016. Pervaporation process options. Disponível em: www.sulzer.com/en/Products-and-Services/Separation-Technology/Membrane-Technology/Pervaporation/

Pervaporation-Process-Options (www.sulzer.com/en > select ‘Products and services’ > ‘Separation Technology’

 

4.1 Redução de tamanho de alimentos sólidos

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230   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente

4.1  REDUÇÃO DE TAMANHO

DE ALIMENTOS SÓLIDOS

é, então, liberada como som e calor, com apenas

1% da energia aplicada utilizado para redução de tamanho. Acredita-se que o alimento se rompa em níveis de estresse mais baixos se a força for aplicada por períodos mais longos. A extensão da redução de tamanho, a energia dispendida e a quantidade de calor produzida no alimento dependem, portanto, tanto da intensidade das forças aplicadas quanto do tempo a que o alimento se encontra submetido a essas forças. Como o tamanho de cada peça é reduzido, existe um número menor de linhas de fragilidade disponíveis, e o estresse de rompimento que precisa ser superado aumenta.

Quando não persiste nenhuma linha de fragilidade, novas fissuras devem ser criadas para reduzir ainda mais o tamanho das partículas, o que exige um acréscimo de energia. Há, portanto, um aumento substancial na energia necessária para reduzir o tamanho das partículas à medida que elas diminuem de tamanho (veja Problema-exemplo

 

4.2 Redução de tamanho em alimentos líquidos

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248   PARTE II   Processamento em temperatura ambiente cortada em tiras, salsa picada e salada de repolho e cenoura) (FDA, 2016). A contaminação é controlada pela refrigeração do produto antes do processamento, utilização de precauções sanitárias rígidas durante a colheita, preparação e outros procedimentos de manuseio, limpeza regular e higienização dos equipamentos de redução de tamanho, utilizando água de lavagem potável, removendo a umidade da superfície utilizando centrífugas, telas vibratórias ou jatos de ar e estrito controle de temperatura após o processamento. O microambiente que envolve os alimentos frescos fatiados embalados também pode resultar em alterações significativas da microflora de superfície. Três fatores que interagem mutuamente estão envolvidos: (1) respiração pela fruta ou hortaliça; (2) difusão de gás através do filme; e (3) temperatura. A respiração reduz a concentração de oxigênio na embalagem e aumenta a concentração de dióxido de carbono, o que pode resultar em crescimento e produção de toxinas por Clostridium botulinum, especialmente se os produtos forem armazenados acima de 5 °C.

 

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