CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO CALOR
1- Considerações Gerais
A conservação de alimentos pelo calor é, talvez, a mais difundida na indústria isso, pelo seu desempenho :
Eficaz - produz o efeito desejado com qualidade satisfatória;
Eficiente - produz o efeito desejado com rendimento satisfatório;
Efetivo - produz o efeito desejado sempre que se repete a operação.
O uso adequado de calor na indústria alimentícia não deixa resíduo poluente após o uso.
As fontes de calor geralmente empregadas nos processos de fabricação são :
Convencional - quando imprime no material em aquecimento propagação do calor por convecção e/ou condução, tendo-se como exemplo o fogo direto, água quente, vapor d’água, entre outras;
Não-convencional – quando imprime no material em aquecimento a propagação de calor por radiação, sendo um exemplo típico dessas fontes, a microondas.
Os métodos de conservação de alimentos, pelo calor são : Branqueamento – que objetiva a desnaturação de enzimas ;
Pasteurização - que objetiva inviabilizar a atividade microbiana de formas vegetativas ( pH 4,5 ) ;
Esterilização - que objetiva inviabilizar formas microbianas esporu- ladas ( pH 4,5 );
Cozimento - que objetiva estabilizar o alimento por transforma - ções químicas, com inativação das enzimas e da microbiota presentes.
Os métodos de conservação de alimentos, pelo calor, anteriormente mostrados são controlados através dos parâmetros : temperatura do tratamento versus tempo de retardamento ou, tempo de permanência do alimento na temperatura do tratamento, parâmetros estes aquí simbolizados pelas letras “ T ”e “ “, respectivamente.
Durante o tratamento pelo calor, todas as partículas do alimento apresentam o comportamento térmico grafado à seguir.
T
Tg
Tf TO
O 1 2 3
Onde,
To = temperatura inicial do alimento a ser tratado
Tg = temperatura programada para o retardamento do tratamento Tf = temperatura final do alimento, após o resfriamento
1 = tempo gasto no tratamento para se alcançar a “Tg”
2 - 1 = tempo de retardamento do alimento na “Ti”
3 - 2 = tempo gasto no tratamento para resfriar o alimento até “Tf"
A lei de variação do tempo de retardamento ( ) com a temperatura ( T ) é dada pela expressão :
Tx = T 10( T – Tx )/ z
onde as ordens de grandeza do valor “z” para os diferentes tratamentos são : Branqueamento z 16,0oC
Pasteurização z 11,5oC Esterilização z 9,0oC Cozimento z 29,0oC
2- Sistemas de Tratamento pelo Calor Assético
Convencional 2.1- Sistema Assético
O sistema assético de tratamento térmico se caracteriza pela aplicação de calor ao alimento antes de ser embalado. Com esse procedimento consegue-se impor agitação ao alimento e assim, acelerar a transferência de calor em toda a sua massa. Com isso, minimiza-se as diferenças de temperaturas entre os diversos pontos do alimento. Assim, reduz-se os chamados tempos subjetivos do tratamento ( aquecimento / resfriamento ), objetivando-o ao máximo. Em consequência, efeitos indesejáveis do calor sobre o alimento como modificações de cor, sabor e textura,entre outros, são minimizados. O comportamento térmico do alimento em tratamento, segue o modêlo já grafado anteriormente.
São exemplos típicos desse sistema os trocadores de calor à placas ou tubulares de tres seções ( aquecimento-retardamento-resfriamento ), muito empregados em pasteurizações de leite, bebidas lácteas, sucos e polpas de frutas e hortaliças.
Face à elevada produtividade e elevado custo de investimento, recomenda-se apenas para a média e grande escalas de produção, salvo excessões.
2.2- Sistema Convencional
Ao contrário do anterior, o sistema convencional de tratamento térmico, se caracteriza pela aplicação do calor no alimento já embalado. Trata-se de um procedimento que expõe o alimento a um excesso de calor resultando disso uma qualidade inferior à dos alimentos tratados em sistema assético. A sua única vantagem sobre o assético é do ponto de vista econômico já que o investimento em equipamento é da ordem de 6 a 10 vezes menor. Do ponto de vista de produtividade é também inferior ao assético, permitindo recomendar- se apenas para a micro e pequenas escalas de produção.
O comportamento térmico de cada ponto do alimento, neste caso, segue o gráfico mostrado à seguir.
T
O
Como esse sistema convencional de conservação expõe excessivamente o alimento ao calor, existem alguns procedimentos operacionais que visam minimizá-lo.
“Hot-Pack” : este procedimento tem por objetivo a redução do tempo de aquecimento, elevando a temperatura do alimento ao máximo possível, através da aplicação do calor antes dele ser embalado com isso, além da redução do tempo de exposição do alimento ao calor, preenchendo-se o mesmo a temperaturas da ordem de 65oC acima, evita-se a sua recontaminação pelo ambiente.Isso, devido ao fluxo térmico estabelecido do alimento para o meio.
Na verdade, o “Hot-Pack” pode ser considerado um sistema mixto de tratamento pelo calor visto que, aplica calor no alimento antes do mesmo ser embalado. Pode-se representar o comportamento térmico do alimento no procedimento “Hot-Pack”, pelo gráfico abaixo.
T Ti TO
Tf
O 1 2
1 = tempo gasto para aquecer o alimento até “Ti”
2 - 1 = tempo de resfriamento
“Spin-Cooker-Cooler” : sistema que imprime movimento ao alimento embalado, quente, buscando acelerar a velocidade de resfriamento. Trata-se de um sistema concebido para o resfriamento de alimentos acondicionados em latas cilíndricas contudo, existem sistemas de túneis que através de ressaltos promovem agitação em alimentos fluidos acondicionados em garrafas.
Durante a agitação o alimento embalado é submetido a um esguincho d’água cuja temperatura depende do dimensionamento do equipamento, e das condições térmicas do fluxo de processamento. O comportamento térmico do alimento, por sua vez, é semelhante ao mostrado para o sistema “Hot-Pack”, com a redução do tempo de resfriamento e não do aquecimento, quando não houver associação deste com aquele.
T E R M O B A C T E R I O L O G I A
O branqueamento, a pasteurização, a esterilização e o cozimento seguem um mesmo modelo matemático de dimensionamento dos parâmetros de controle, tempo ( ) temperatura ( T ), cuja fundamentação encontra-se na termobacteriologia. Por essa razão a abordagem à seguir discorrerá sobre esse assunto, com profundidade suficiente para o bom entedimento do referido modêlo matemático.
Termobacteriologia – pode ser conceituada como o estudo da resistência térmica dos microrganismos estes, caracterizados (termobacteriologicamente) pelos parâmetros “D” , “z” , e “F” conceituados abaixo,
D = tempo de redução decimal ( min. ou seg.)
z = gradiente de temperatura que reduz o valor de “D” de 90% do seu valor original ( OC )
F = tempo de retardamento do microrganismo representativo numa temperatura de referência ( 121,1oC ; 100oC ; 68,9oC ), suficiente para inativar a atividade microbiana ( min. ou seg. )
O modêlo matemático da termobacteriologia se volta para definir e inter- relacionar os parâmetros “D”, “z” e “F”, o que é feito através de três curvas, a saber : Curva de Sobrevivência, Curva de Resistência e Curva de Destruição de microrganismos.
1- Curva de Sobrevivência de Microrganismos
Submetendo-se um alimento com uma população microbiana inicial ( Ni ), a um aquecimento a uma temperatura ( Ti ) constante e letal à microbiota presente, por um tempo ( ), obtem-se uma população final ( Nf ). Com base em populações intermediárias e respectivos retadamentos, plotando-se os valores em um gráfico monolog., constrói-se uma figura como a abaixo mostrada.
log N log Ni I
1 log10n+1
log 10 2 3 D
log Nf II III
O 1 D 2
Na figura acima, comparando-se os triângulos semelhantes 1;2;3 e I;II;III pode-se estabelecer a seguinte comparação,
D / ( log 10n+1 – log 10n ) = / ( log Ni – log Nf )
D = / ( log Ni – log Nf ) ( I ) , definindo-se aqui o valor “D”
Da equação I se pode obter a expressão que define o tempo de retardamento ()que promove uma redução na população microbiana de Ni para Nf, submetida a uma temperatura ( T ) constante e letal à microbiota presente, T = DT log ( Ni / Nf ) ( II )
Na equação II se pode fazer as seguintes observações ;
Ni – população microbiana inicial do alimento cujo valor máximo aceito é de 108 isso, em razão da produção significativa de toxinas, algumas delas muito termo-resistentes, maléficas para o consumidor; em caso de alimentos a serem conservados pelo calor, com Ni igual ou ligeiramente acima de 108, apresentando boas características sensoriais, recomenda-se misturá-lo com outro congênere de mais baixa contagem inicial de modo a resultar a mistura com níveis aceitáveis de contaminação.
Nf – população microbiana final do alimento conservado, cujo valor deve ser diferente de “zero”, para não inviabilizar o uso da Equação II que, no caso resultaria = , o que não é verdade na prática, pois se sabe que a tempos finitos se consegue inviabilizar a população microbiana de um alimento; assim, ensaios de aplicação da Equação II evidenciaram que se consegue esterilizar o alimento sempre que se iguala o Nf a 1; portanto, é comum igualar-se Nf a 1 quando se desconhece a população microbiana final de um alimento, inócua ao mesmo e ao consumidor; a título de exemplo, a legislação brasileira admite para sucos de frutas populações finais de 103 para bolores/leveduras, e 102 para contagem total de bactérias.
= tempo durante o qual se expõe o alimento ao calor, também chamado tempo de retardamento, retenção ou residência; quando suficiente para conservar o alimento, numa temperatura qualquer é representado (TDT)T; se a temperatura adotada para o tratamento for uma temperatura de
referência ( 68,9oC; 100oC ou 121,1oC ), o (TDT)T passa a ser chamado “valor F”, e se em particular a temperatura de referência for 121,1oC o (TDT)T é representado por Fo , permitindo escrever que : todo (TDT)T é um e todo F é um (TDT)Tr mas, nem todo F é um (TDT)T e nem todo (TDT)T é um T .
Ainda na curva de sobrevivência se pode observar no eixo das abcissas da figura que, T n DT (III) onde n é um fator designado ordem de destruição do tratamento térmico. Comparando-se as equações II e III vem, nDT = DT log (Ni/Nf) n = log (Ni/Nf) ou Ni/Nf = 10n ( IV ) Quanto maior for o valor de “n”, mais rigoroso será o tratamento.
2- Curva de Resistência de Microrganismo
Como foi visto na curva de sobrevivência, o valor de “D” para um mesmo alimento, varia com a temperatura do tratamento pelo calor. Assim, plotando- se esses valores contra as respectivas temperaturas obtém-se o gráfico abaixo,
log D
DT 1 II
10n+1 2
10n 1 z 3
DT 2 I III
O T1 z T2 T
Na figura acima, da semelhança dos triângulos 1;2;3 e I;II;III pode-se tirar as seguintes relações :
z / (log DT 1 – log DT 2 ) = (T1 – T2) / log 10n+1 – log 10n
z = T1 – T2 / log ( DT 1 DT 2 ) ( V )
Na equação V se define o valor de “z” que pode ser conceituado como o gradiente de temperatura que acrescido à temperatura de um tratamento, reduz o valor de “D” de 90% em relação ao seu valor anterior.
Também se pode obter a lei de variação do valor de “D” à partir da equação V, à saber,
DTx = DT 10( T – Tx) / z ( VI )
A equação VI permite a determinação do valor “DTx” numa temperatura dentro de um intervalo ensaiado laboratorialmente, à partir de um valor “DT” conhecido do mesmo intervalo de temperatura.
3- Curva de Destruição de Microrganismos
Essa curva relaciona (TDT)T T e se trata de uma paralela à curva de resistência térmica de microrganismos já que : (TDT) = n D onde “n”é uma constante que indica a ordem de destruição do tratamento, exigida para a conservação de um determinado alimento. Assim, tira-se dela as seguintes relações :
z = T1 – T2 / log [(TDT)T 1 (TDT)T 2 ] (VII) e
(TDT)Tx = (TDT)T 10T-Tx/z (VIII)
anàlogamente ao que foi feito na curva de resistência de microrganismos.
