UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
NATÁLIA SILVA DE FARIAS
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PROCESSAMENTO DE HAMBÚRGUER VEGETAL À BASE DE GRÃO DE BICO E BATATA DOCE
Orientadora Prof.ª Dr. Kátia Nicolau Matsui
NATAL/RN 2019
Natália Silva de Farias
PROCESSAMENTO DE HAMBÚRGUER VEGETAL À BASE DE GRÃO DE BICO E BATATA DOCE
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para a obtenção do título de Engenheira de Alimentos.
Orientadora: Prof.ª Dr. Kátia Nicolau Matsui
NATAL/RN 2019
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, agradeço a Deus por ao longo desses seis anos, ter me ajudado a ter calma, paciência, inspiração, e o árduo desejo de construir uma boa formação, tendo a integridade e honestidade como guia, sempre.
A minha família, especialmente a minha mãe, Josefa, que fez de tudo para tornar os momentos difíceis mais brandos. Obrigada ao meu pai Idelbrando e aos meus irmãos José Vitor e Igor, pelo carinho, preocupação e apoio.
A Barbara Layse, por ter sido essencial e nunca ter me negado apoio, carinho e incentivo. Obrigada por aguentar as minhas crises de ansiedade e estresse.
A todos os professores que contribuíram com a minha trajetória acadêmica, em especial a Kátia Matsui, responsável pela orientação deste trabalho. Obrigada pela orientação, dedicação, paciência, conselhos e disponibilidade.
Aos amigos que fiz ao longo da graduação, em especial Igor Pazzini e Taís Medeiros, por terem contribuído com a minha formação profissional de forma direta, através dos trabalhos acadêmicos e provas; por vivenciarem comigo a rotina universitária e tornar esse caminho mais leve, pelos conselhos e puxões de orelhas dados. A vocês minha eterna gratidão.
As minhas Amigas, Waleska e Brenda, por entenderem os momentos de ausência e nunca me negarem palavra de apoio, conselho, cumplicidade e carinho.
A empresa Candy pop, que me concedeu a chance de fazer estágio supervisionado e assim contribuiu com a minha formação. Obrigada pela confiança.
“Não é sobre chegar no topo do mundo e saber
que venceu
É sobre escalar e sentir que o caminho te fortaleceu “
RESUMO
A conscientização do sofrimento animal, impactos ambientais e a busca por uma alimentação mais saudável, resultam no aumento do número de pessoas que optam por não consumir alimentos que contenha insumos de origem animal, que englobam os vegetarianos estritos e os veganos. Diante disso, surge uma oportunidade de mercado para as indústrias produtoras de alimentos, sendo uma delas a oferta de produtos que apresente opções que substituam a carne utilizando matéria-prima vegetal. No intuito de minimizar a carência nutricional que o público vegano/vegetariano pode apresentar, a indústria precisa estar atenta aos benefícios nutricionais dos produtos ofertados, procurando formulações com composição nutricional similar aos produtos de origem animal. O grão de bico é uma alternativa na substituição da carne, pois apresenta teores relevantes de proteína. A batata doce é um tubérculo bastante consumido na atualidade, apresenta alto teor de amido e pode ser incorporado nos produtos como agregador de textura, além de ser nutritiva. O presente trabalho consiste na elaboração de hambúrguer de grão de bico e batata doce, destinado ao público vegano e/ou vegetariano, contendo 62,31% e 24,92% de grão de bico e batata doce respectivamente. Além disso, objetivou-se formular um produto com a aparência de hambúrguer, no entanto, sem introdução de carne e material adiposo. Foi realizada a estimativa da necessidade diária de matéria-prima, através do balanço de massa, resultando em 249,24kg e 135,59kg de grão de bico e batata doce, respectivamente, para a produção de 5000 unidades de hambúrguer. Sendo assim, o hambúrguer vegetal formulado com grão de bico e batata doce se mostrou um produto em potencial, com relação à composição nutricional, visto que é composto por duas matérias-primas nutritivas, enfatizando que se faz necessário o estudo da composição centesimal do produto para validar o seu teor nutritivo. Além disso, a partir da análise da viabilidade econômica estimou-se o potencial competitivo do produto no mercado.
ABSTRACT
Awareness of animal suffering, environmental impacts and the search for healthier food results in an increase in the number of people who choose not to consume foods containing animal inputs, which encompasses strict vegetarians and vegans. Given this, a business opportunity arises for the food producing industries, one of them being the offer of products that present options that substitute the meat using vegetable raw material. For this, the industry needs to be attentive to the nutritional benefits of the products offered, seeking to minimize the nutritional deficiency that the vegan / vegetarian public can possibly present with the intention of offering products with nutritional composition like the meat. Chickpea is an alternative in meat substitution, since it has relevant protein contents. Sweet potato is a very consumed tuber today, presents high content of starch and can be incorporated into the products as a texture aggregator, in addition to being nutritious. The present work consists in the elaboration of chickpea and sweet potato hamburger, intended for the vegan and / or vegetarian public, containing 62.31% and 24.92% of chickpeas and sweet potatoes, respectively. In addition, it was aimed to formulate a product with the appearance of hamburger, however, without introducing meat and adipose material. The daily raw material requirement was estimated by mass balance, resulting in 249.24 kg and 135.59 kg of chickpeas and sweet potatoes, respectively, to produce 5000 hamburger units. Thus, the vegetable hamburger formulated with chickpeas and sweet potatoes proved to be a potential product with regard to nutritional composition, since it is composed of two nutritive raw materials, emphasizing that it is necessary to study the product's centesimal composition to validate its nutritive content. In addition, based on the economic viability analysis, the competitive potential of the product in the market.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Dado de importação e exportação do grão de bico pelo Brasil, entre os anos de
2006 a 2016. ... 19
Figura 2 - Produção de grão de bico por continente no ano de 2017 ... 20
Figura 3 - Os 10 maiores produtores mundiais do grão de bico no ano de 2017 ... 20
Figura 4 - Os diferentes tipos de batata doce comercializadas no Brasil...21
Figura 5 - Fluxograma do processamento do grão de bico ... 24
Figura 6 - Defeitos que podem ser encontrados no processo de seleção (a) Grãos com descoloração e pedras (b) Grãos escuros e descoloridos (c) Galhos e pedras (d)Grão selecionado e pronto para o processamento ... 25
Figura 7 - Caldeirão industrial sob pressão ... 26
Figura 8 - Amassador industrial ... 27
Figura 9 - Fluxograma do processamento da pasta da batata doce... 28
Figura 10 - Defeitos graves que podem ser encontrados na batata doce segundo programa brasileiro para a modernização de agricultura. (a) Podridão (b) Brotamento (c) Dano por praga (d) Injúria (e) Defeito de formação (f) Dano mecânico ... 29
Figura 11 - Lavadora com escovas para limpeza de tubérculos ... 30
Figura 12 - Fluxograma do "hambúrguer" vegetal a base de grão de bico e batata doce ... 31
Figura 13 - Misturadora frontal ... 32
Figura 14 - Layout simplificado da empresa ... 34
Figura 15 - Esquema do balanço de massa ... 35
Figura 16 - Esquema do balanço de massa do hambúrguer de grão de bico e batata doce, separados por área de processamento. ... 36
Figura 17 - Esquema dos balanços de massa nas etapas de mistura e modelagem ... 37
Figura 18 - Esquema das entradas e saída na etapa de prensagem ... 39
Figura 19 - Esquema das entradas e saída na etapa de maceração ... 40
Figura 20 - Esquema das entradas e saída na etapa de prensagem da batata doce ... 41
Figura 21 - Mapeamento da geração de resíduos sólidos ao longo da produção do hambúrguer vegetal ... 56
Figura 22 - Mapeamento da geração de resíduos líquidos ao longo da produção do hambúrguer vegetal ... 57
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Diferença entre as categorias existentes de vegetarianismo, destacado por cores, sendo vermelho o grupo alimentar não consumido e verde o consumido por essas categorias.
... 14
Tabela 2- Composição centesimal (g/100g) de amostras de grão de bico do tipo kabuli ... 17
Tabela 3-Composição centesimal do grão de bico (g/100g) ... 17
Tabela 4- Produtividade das cultivares ‘BRC aleppo’ e ‘BRC cícero’ ao longo de quatro anos ... 19
Tabela 5-Composição centesimal da batata doce (g/100g) ... 21
Tabela 6-Formulação do hambúrguer vegetal a base de grão de bico e de batata doce ... 36
Tabela 7-Método para determinação das propriedades termofísicas dos alimentos a partir da composição ... 43
Tabela 8-Propriedade termofísicas do hambúrguer de grão de bico com batata doce ... 43
Tabela 9- Levantamento da folha de pagamento dos funcionários ... 51
Tabela 10- Levantamento de custos com depreciação dos equipamentos ... 52
Tabela 11-Gasto energético dos principais equipamentos utilizados na produção do hambúrguer ... 53
Tabela 12- Custo estimado com insumos ... 53
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ...12
2. REFERÊNCIAL TEÓRICO ...14
2.1. VEGETARIANISMO E VEGANISMO ...14
2.2. MERCADO DE PRODUTOS VEGETARIANOS E VEGANOS ...15
2.3. GRÃO DE BICO ...16
2.4. BATATA DOCE ...20
3. ELABORAÇÃO DE PRODUTO TIPO HAMBÚRGUER VEGETAL ...24
3.1. PROCESSAMENTO DO GRÃO DE BICO ...24
3.1.1. Descrição das etapas ...25
3.1.1.1. Recepção ...25
3.1.1.2. Seleção ...25
3.1.1.3. Lavagem ...25
3.1.1.4. Maceração ...25
3.1.1.5. Cocção ...26
3.1.1.6. Prensagem, envase e armazenamento. ...26
3.2. PROCESSAMENTO DA BATATA DOCE ...28
3.2.1. Descrição das etapas ...28
3.2.1.1. Recepção ...28
3.2.1.2. Lavagem ...29
3.2.1.3. Seleção ...30
3.2.1.4. Cocção ...30
3.2.1.5. Prensagem, envase e armazenamento ...30
3.3. PROCESSAMENTO DO “HAMBÚRGUER” VEGETAL ...31
3.3.1. Fluxograma do processo ...31
3.3.2. Descrição das etapas ...31
3.3.2.1. Mistura ...31 3.3.2.2. Modelagem ...32 3.3.2.3. Ultracongelamento ...32 3.3.2.4. Embalagem ...32 3.3.2.5. Armazenamento ...33 4. LAYOUT ...34
5.1. BALANÇO DE MASSA ...35
5.1.2. Balanço de massa no processamento do grão de bico ...38
5.1.2.1. Etapa de prensagem ...39
5.1.2.2. Etapa de maceração...40
5.1.3. Balanço de massa no processamento da batata doce...41
5.2. BALANÇO DE ENERGIA ...42
5.2.1. Balanço de energia etapa de ultracongelamento ...43
5.2.2. Balanço de energia na etapa de armazenamento ...46
5.2.2.1. Determinação carga térmica por condução ...47
5.2.2.2. Determinação taxa de perda de calor por abertura de porta ...47
5.2.2.3. Determinação taxa de perda de calor por presença de lâmpadas ...48
5.2.2.4. Determinação taxa de perda de calor por circulação de pessoas ...49
5.2.2.5. Determinação da perda de calor total ...49
6. VIABILIDADE ECONÔMICA ...50
2.1. CUSTOS FIXO ...50
2.1.1. Custo com mão de obra ...50
2.1.2. Custo com depreciação das máquinas ...51
2.2. CUSTOS VARIÁVEIS ...52
2.2.1. Custos com energia elétrica ...52
2.2.2. Custo com insumos ...53
2.3. CUSTO TOTAL ...53 7. TRATAMENTO DE RESÍDUOS...55 7.1. RESÍDUOS SÓLIDOS ...55 7.2. RESÍDUOS LIQUIDOS ...57 8. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...59 9. REFERÊNCIAS ...60
12 1. INTRODUÇÃO
A globalização elevou a frequência do consumo de alimentos fora de casa, através da aquisição dos mesmos em supermercados, favorecendo assim o consumo de alimentos industrializados. Isso resulta em uma mudança do hábito alimentar da população, com influência direta sobre a cultura do fast food (BEZERRA et al, 2017).
Os fast foods são vistos como alimentos rápidos, populares e adequados à realidade do século XXI (SILVA,2014). Por essa razão se faz necessário o desenvolvimento de novos produtos que acompanhem essa tendência. Segundo a Associação Brasileira da Indústria de Alimentos (ABIA) o consumo de alimentos processados no Brasil cresceu 5,4% em 2017 e faturou R$ 164,7 bilhões com o canal de alimentação preparada fora do lar (food service), o mesmo declara que esse resultado advém de fatores como: mudança de estilo de vida, aumento no número de mulheres trabalhando fora do lar, novos formatos de negócio e serviços (ABIA, 2017).
Tomando como referência essas informações, o hambúrguer é um produto que se encontra dentro dessa tendência, caracterizando-se por ser prático e popular entre as diversas faixas etárias. O mesmo é um produto cárneo produzido a partir de uma emulsão rica em proteína e demais nutrientes (BRASIL, 2000).
Além das mudanças alimentares em busca de produtos com maior praticidade, há ainda uma progressiva preocupação com a sustentabilidade. Assuntos como preservação do meio ambiente, redução dos desperdícios e da poluição, também causam uma crescente mudança no consumo (LIMA, 2018).
O Brasil é a maior potência mundial em volume de água doce, detém em torno de 12% de todo o estoque global, sendo mais da metade utilizada nas atividades agropecuárias (SILVEIRA, 2014). Ou seja, grande parte da reserva existente é utilizada direta ou indiretamente na produção de carnes. De acordo com a SABESP (2010) o consumo de água por quilo de carne de boi, frango e porco é de 17500 L, 3500 L e 5250 L, respectivamente. Na agricultura, boa parte da produção nacional dos grãos é destinada à alimentação animal, sendo mais uma vez, a água destinada a indústria da carne, de forma indireta através do cultivo dos grãos.
Segundo Rivero et al (2009), a pecuária bovina tem relação direta com o desmatamento da Amazônia. Além da necessidade de gerar espaço para a pastagem dos
13 gados, aumenta-se a necessidade de espaço para o cultivo de grãos destinados à alimentação animal, alcançados através do desmatamento.
Diante desse cenário surgem pessoas que optam por retirar ou reduzir produtos de origem animal de suas dietas, influenciadas pelo impacto ambiental gerado por esse setor, além da busca por alimentos mais saudáveis e em defesa da preservação da vida dos animais. O grupo que restringe sua alimentação a grãos, sementes, vegetais, cereais e frutas, com ou sem o uso de laticínios e ovos são denominados de vegetarianos. Além deste, têm-se os veganos, grupo que exclui a carne e todo derivado de origem animal incluindo couro, seda, produtos testados em animais e espetáculos que se utilizam da exploração animal (TAFARELL, 2012).
Nessas circunstâncias existe um mercado de alimentação vegana/vegetariana a ser explorado. No Brasil, o mercado de produtos veganos e vegetarianos é crescente, segundo o IBOPE inteligência (2018), o interesse por produtos livres de qualquer ingrediente de origem animal foi apontado por 55% dos entrevistados; 60% declararam que consumiriam esses produtos se estivesse na mesma faixa de preço dos produtos que estão acostumados a consumir.
O grão de bico é uma alternativa na formulação de produtos destinados a esse público, por ser uma leguminosa rica em proteína com digestibilidade maior que a do feijão e ervilha, segundo Domene (1990). Além do grão de bico, a inserção da batata doce na formulação torna o produto mais nutritivo, visto que a mesma é um tubérculo com alto teor de carboidrato de baixo índice glicêmico (IBEROQUIMICA, 2015).
O presente trabalho visa a elaboração de um hambúrguer vegetal à base de grão de bico e batata doce, com a descrição de todo o processo de fabricação industrial, realização dos balanços de massa e energia nas etapas mais relevantes, abordagem dos custos e sugestões para os tratamentos dos resíduos gerados ao longo do processo.
14 2. REFERÊNCIAL TEÓRICO
2.1. VEGETARIANISMO E VEGANISMO
De acordo com a Sociedade Vegetariana Brasileira (SVB, 2018), o vegetarianismo é definido como um regime alimentar que exclui o consumo de todos os tipos de carne. É preciso acentuar que ele pode ser categorizado em ovolactovegetarianismo, lactovegetarianismo, ovovegetarianismo e vegetarianismo estrito. De acordo com essas classificações a pessoa pode ou não consumir produtos de origem animal como ovo, leite e seus derivados, descritos na Tabela 1.
Tabela 1 - Diferença entre as categorias existentes de vegetarianismo, destacado por cores, sendo vermelho o grupo alimentar não consumido e verde o consumido por essas
categorias.
Categorias Carne (e frango, peixe
e frutos do mar)
Ovo e derivados Leite e derivados
Ovolactovegetarianismo
Lactovegetarianismo
Ovovegetarianismo
Vegetarianismo estrito Fonte: Autor (2019)
Além do vegetarianismo, tem-se o veganismo que trata de uma postura filosófica que extrapola a escolha alimentar. LIMA (2018) afirma ser um novo modelo de vida baseado em um respeito profundo aos animais, logo, pessoas adeptas a essa filosofia não consomem produtos que contenham insumos de origem animal e/ou oriundo do sofrimento do mesmo incluindo roupas, sapatos, comida, cosméticos, medicamentos, assim como, o uso em testes realizados em laboratórios (in vivo), entre outros (SVB,2018).
15 nutricionalmente equilibrada e saudável, isso, pois a mesma supre as exigências de nutrientes de maior destaque dentro desse regime alimentar, como proteínas, carboidratos, ferro, iodo, vitamina A e fibras alimentares. SIQUEIRA et al (2016) ressaltam que a dieta vegana apresenta baixa biodisponibilidade de elementos oriundos exclusivamente de fontes vegetais, como o cálcio, a vitamina B12 e a vitamina D, não atendendo as recomendações diárias exigidas desses nutrientes.
Pode-se afirmar que a ingestão diária de cálcio em dietas veganas encontra-se na faixa de 500 a 700 mg/dia (AQUINO e PHILIPPI, 2015). Esses valores não atendem a recomendação diária para adultos, estipulada na Resolução n° 269/2005 da ANVISA de 1000 mg/dia (AQUINO e PHILIPPI, 2015).
A vitamina B12 (Cianocobalamina) é um componente sintetizado apenas por bactérias oriundas do trato digestivo. Por essa razão as suas fontes são exclusivamente alimentos de origem animal (AQUINO e PHILIPPI, 2015). Desse modo, vegetarianos estritos e veganos necessitam realizar o consumo de alimentos fortificados e/ou ingestão direta da vitamina B12 através de suplementos (ADA, 2009).
A vitamina D está presente em poucos alimentos, sendo eles: óleo de fígado de peixe, alguns peixes (sardinha, salmão, atum, entre outros) e ovo de galinha, todos de origem animal (PETERS e MARTINI, 2014). Essa escassez de fontes naturais e a necessidade de exposição a raios ultravioletas B (UVB) para que ocorra a síntese da vitamina, tornam os vegetarianos igualmente propensos à deficiência de vitamina D que os onívoros. Diante do exposto, Aquino e Philippi (2015) relataram que é recomendada a inserção de alimentos fortificados com vitamina D (em dietas vegetarianas), atrelada a exposição periódica a luz solar.
2.2. MERCADO DE PRODUTOS VEGETARIANOS E VEGANOS
Quando se pensa em mensurar o mercado, no mundo globalizado atual, tem-se como alternativa estudar o comportamento dos consumidores na internet. Diante disso, a utilização do Google Trend (ferramenta disponibilizada pelo Google que permite identificar a popularidade de determinado termo dentro do site de busca) é uma alternativa de visualizar o interesse dos consumidores. Segundo o Google Trend (2018) a busca pelo termo comida vegana, aumentou em 40% nos últimos 4 anos. Além disso, os dados demonstram que o número de busca é maior para o termo vegano quando comparado com vegetariano, com um
16 aumento de 37,7% no período de 2 anos (2016 a 2018).
De acordo com o relatório do World Business Council for Sustainable Developmente (WBCSD) o percentual de pessoas adeptas a dieta vegetariana vem crescendo em todo o mundo. No sudeste da Ásia houve um aumento de 140% no período de 2012 a 2016 de pessoas vegetarianas, apesar desse aumento considerável, os Estados Unidos e Austrália são os pioneiros nessa tendência (WBCSD, 2018).
No Brasil 14% dos brasileiros se declaram vegetarianos e 55% demonstraram interesse na alimentação vegetariana, de acordo com a última pesquisa realizada pelo IBOPE inteligência (2018). Segundo dados do IBGE (2018) a população brasileira apresenta-se em torno de 210 milhões de pessoas, sendo assim, aproximadamente 30 milhões de brasileiros são vegetarianos, um número considerável de pessoas aptas a consumir produtos sem ingredientes de origem animal. Esses dados demonstram que existe demanda para produtos vegetarianos.
Diante disso, o produto vegano tem a capacidade de atender os perfis de consumidores que vem crescendo ao longo dos anos, sendo eles: veganos, vegetarianos e adeptos a alimentação saudável. Sendo assim, interessante por parte da indústria o desenvolvimento de produtos veganos, quando o interesse é alcançar o público empático com o sofrimento animal.
Visto que os produtos veganos envolvem toda a cadeia de produção do alimento, desde a forma de obtenção dos insumos utilizados, o processo, os tipos de testes de laboratórios, entre outros, algumas organizações como SVB e o Veganismo Brasil oferecem o selo vegano. O selo é uma espécie de certificação emitida, após verificação da composição dos produtos e análise de documentos. Esse processo tem como finalidade atestar a ausência de insumos de origem animal e verificar se ocorre teste com animais por parte da empresa ou fornecedores, oferecendo uma maior garantia ao consumidor.
2.3. GRÃO DE BICO
O grão de bico (Cicer arientinum L.) é uma leguminosa nativa do sudeste da Turquia, amplamente utilizada no oriente médio. O cultivo é realizado em climas secos ou amenos, abrangendo regiões de climas tropicais e temperados (SHARMA,1984; NASCIMENTOS; PESSOAL; GIORDANOS, 1998). O solo ideal para desenvolvimento desse grão é caracterizado por apresentar um pH entre 5,5 e 6,5, além de textura leve e alto teor de matéria
17 orgânica (NASCIMENTOS; PESSOAL; GIORDANOS, 1998).
É preciso ressaltar que as condições de cultivo têm influência direta na composição nutricional do grão. Essa leguminosa é caracterizada por apresentar teor relevante de carboidrato (61%) e proteína (20,5%) segundo Nascimento, Pessoal e Giordanos (1998). Um estudo realizado por Ferreira, Brazaca e Artur (2006) reafirmou o potencial nutritivo desse grão, que demonstrou percentuais de carboidratos e proteínas de 45,37% e 25,73%, respectivamente (Tabela 2).
Tabela 2- Composição centesimal (g/100g) de amostras de grão de bico do tipo kabuli
Amostras Cinzas Extrato Etéreo Proteína Bruta Fibras Dietéticas Carboidratos Crua 3,74 4,71 25,73 20,42 45,37 Cozida 3,28 6,68 26,48 26,67 38,86
Fonte: Adaptado (FERREIRA; BRAZACA; ARTUR, 2006)
As diferenças encontradas nos dois estudos destacam a influência do cultivo na composição do grão. Na Tabela 3 é apresentada a composição centesimal do grão de bico de acordo com a tabela TACO (2011), conforme teor exposto de macronutrientes, o grão de bico poderia ser classificado com alto conteúdo de proteína baseado na resolução n°54/2012 da ANVISA, se não fosse pela ausência de valores consideráveis de aminoácidos sulfurados, como a metionina.
Tabela 3-Composição centesimal do grão de bico (g/100g)
Composição centesimal Grão de bico cru (g/100g)
Umidade 12,3
Gordura 5,4
Proteína 21,2
Fibra dietética 12,4
Carboidrato 57,9
Fonte: Adaptado (TACO, 2011).
Segundo Costa (2005), as proteínas oriundas de leguminosas são equivocadamente conhecidas por apresentarem baixa qualidade e valor biológico, por essa razão existem
18 estudos para determinar os componentes que diminuem o valor nutritivo desses grãos, sendo eles denominados de compostos antinutricionais. No caso do grão de bico, se enquadram nessa classificação os: alcalóides, taninos, ácido fítico, saponinas e fenólicos que são compostos antinutricionais não protéicos. Dentre os proteicos, temos os inibidores de tripsina, quimotripsina, lectina e péptidos antifúngicos (JUKANTE et al, 2012). Todos esses compostos prejudicam as reações bioquímicas necessárias para uma adequada biodisponibilidade dos compostos nutricionais no organismo, porém, apesar dos fatores limitantes, segundo Jukante et al (2012), os fatores antinutricionais podem ser eliminados por imersão, cozimento, fervura e autoclavem.
Diante dessas limitações, um estudo realizado por Domene (1990), comprovou que a digestibilidade verdadeira da proteína do grão de bico é 82%, maior que a do feijão comum e ervilha que apresentaram valores de 74% e 81%, respectivamente e portanto pode ser considerada na dieta como fonte de proteína, desde que complementado com produtos fontes de aminoácidos sulfurados como o arroz.
Outro fator que tem influência na composição nutricional e biodisponibilidade do grão de bico é a variedade do grão, que pode ser kabuli ou desi. As plantas pertencentes ao grupo kabuli apresentam sementes grandes, formato arredondado e coloração creme clara, enquanto a variedade desi são menores, de formato anguloso, irregular e coloração escura, que pode variar entre amarela, laranja, marrom, preta ou apresentar mais de uma cor. (NASCIMENTO; PESSOAL; GIORDANOS, 1998). Com relação ao teor de proteína os percentuais variam de 16,7% a 30,6% e 12,6% a 29% para as variedades desi e kabuli, respectivamente (WOOD e HARDEN, 2007).
No Brasil, a variedade comercializada é a kabuli que dá origem a duas cultivares, sendo elas ’BRS cícero’ e ’BRS aleppo’, oriundas do México e Síria, respectivamente. A cultivar aleppo se destaca por maior desempenho em produtividade de acordo com estudos realizados pela Embrapa Hortaliças (GIORDANO e NASCIMENTO, 2005; NASCIMENTO et al, 2014) demonstrado na Tabela 4. O desenvolvimento da ‘BRC aleppo’ expandiu o cultivo dessa leguminosa no Brasil, gerando oportunidade de aumentar a exportação e diminuir a importação desse grão, movimentando assim a economia.
19 Tabela 4- Produtividade das cultivares ‘BRC aleppo’ e ‘BRC cícero’ ao longo de
quatro anos Produtividade (kg/há) Cultivares 2010 2011 2012 2013 BRC Aleppo 2907 3515 2506 3048 BRC Cícero 1067 441 1268 970
Fonte: NASCIMENTO et al, 2014
Segundo os dados mais atualizados da FAOSTAT (2019), o Brasil teve um aumento de quase 150% do número de exportação do grão de bico entre os anos de 2015 e 2016 (Figura 1), sendo essa a primeira grande safra que teve como destino a Índia. (SNA, 2019).
Figura 1 - Dado de importação e exportação do grão de bico pelo Brasil, entre os anos de 2006 a 2016.
Fonte: FAOSTAT (2019)
Essa oportunidade tem relação direta com o alto consumo dessa leguminosa no oriente, onde o continente asiático é o maior consumidor, detentor de 73,5% da produção no ano de 2017, como descrito na Figura 2.
20 Figura 2 - Produção de grão de bico por continente no ano de 2017
Fonte: FAOSTAT (2019)
Dessa forma, dentre os 10 maiores produtores do grão de bico, 6 estão localizados no continente asiático, dentre eles a Turquia que é considerada um país euroasiático por estar localizado nos dois continentes. A Índia é a maior produtora desse grão como destacado na Figura 3. No Brasil a produção desse grão ainda é pouco expressiva e, portanto, o volume de importação é ainda crescente.
Figura 3- Os 10 maiores produtores mundiais do grão de bico no ano de 2017
Fonte: FAOSTAT (2019)
2.4. BATATA DOCE
A batata-doce (Ipomoea batatas) é uma raiz tuberosa nativa da América Central e do Sul (EMBRAPA, 2008). O cultivo é realizado em clima tropical, o que exige temperatura superior a 24°C e alta luminosidade. Quanto ao tipo de solo o ideal para o cultivo são solos leves, drenados, bem aerado e com alta fertilidade. No entanto, a planta é pouco exigente e
21 apresenta facilidade de desenvolvimento em qualquer tipo de solo (EMBRAPA, 1995).
Diante disso, de acordo com Donato- Pestana (2011) a batata doce, quando comparada com outras leguminosas, denota maior ritmo de crescimento e adaptabilidade em condições adversas de cultivo. Além disso, detém curto ciclo de produção, alto valor nutricional e diversificação em termos de cor, sabor e textura (DONATO- PESTANA, 2011).
Em relação à composição nutricional, conforme representado na Tabela 5, à batata doce contém em média 85% de carboidrato em base seca, sendo o principal componente o amido (EMBRAPA, 2008). Quando comparada com a batata inglesa, se destaca no teor de lipídios, cálcio e fibras.
Tabela 5-Composição centesimal da batata doce (g/100g)
Composição centesimal Batata doce cru (g/100g)
Umidade 69,5
Gordura 0,1
Proteína 1,3
Fibra dietética 2,6
Carboidrato 28,2
Fonte: Adaptado (TACO, 2011).
A presença do amido, nos tubérculos, incorpora inúmeras características físico-químicas nos produtos em que a batata doce é agregada. Em decorrência disso, e também pelo seu potencial nutritivo, a batata doce está sendo inserida em formulações de novos produtos.
O amido colabora significativamente com as propriedades tecnológicas de muitos alimentos, tendo assim, muitas aplicações industriais, sendo elas: espessante, estabilizante coloidal, agente gelificante, agente de volume, e de retenção de água e adesivo (SINGH et al., 2003).
Segundo a tabela TACO (2011), além dos carboidratos a batata-doce também contém minerais, como potássio, cálcio, magnésio, fósforo e ferro. Em consonante com a resolução n° 54/2012 da ANVISA, que determina os critérios necessários para a declaração de informação nutricional complementar, a batata doce é rica em magnésio, fósforo e ferro, de acordo com os teores declarados pela TACO (2011). Ademais, a batata doce pode apresentar compostos
22 bioativos como os carotenoides, que são encontrados em quantidades relativas de acordo com a coloração da batata, em geral, as que apresentam polpas mais escuras mostram teores maiores desses compostos (CAMPOS et al, 2006). Essas variações de cores têm relação direta com a cultivar.
Existe no Brasil, inúmeras cultivares de batata doce com grande discrepância genética entre elas, localizada em diferentes regiões do país. Algumas das cultivares existentes são: Balão, Três Quinas, Jambo, Gonçalves, Variedade 14, Arroba, Peçanha Branca, Americana, Rama Roxa, Monalisa, Napoleão, Jacareí, Rosinha do Verdan; Ourinho, Batata-Salsa, Rainha, Japonesa, Brazlândia Rosada e Coquinho (EMBRAPA, 1995). É possível distinguir as cultivares através das adaptações aos climas e solos, resistências a pragas, forma, cor da polpa, cor da casca e produtividade.
No Brasil são comercializados nos centros urbanos batatas de polpa branca, creme, laranja ou roxa e película externa branca, laranja e roxa (Figura 4). Todavia, no Rio Grande do Norte, a batata doce mais acessível é a que se caracteriza por apresentar polpa branca e película roxa, sendo possível encontrar em feiras e supermercados.
Fonte: Google imagens (2019)
Segundo a FAOSTAT (2019), o Brasil teve um aumento de mais de 1000% na exportação da batata doce, entre 2015 e 2016. Tendo o ano de 2015 exportações anual de 1,83 mil toneladas, seguido de 20 mil toneladas no ano seguinte. No período de 1993 a 2015, o número de exportação nunca havia ultrapassado 6 mil toneladas, além disso o número de importação entre 1996 e 2015 foi nulo, demonstrando que o Brasil atendia a demanda interna. Contudo, em 2016 houve importação de 1 tonelada. Esses dados demonstram como a batata
23 doce dá suporte para a economia brasileira, tendo uma produção de 776,3 mil toneladas no ano de 2017.
Quanto a produção mundial, a Ásia é responsável por 70,5% do total produzido de batata doce no ano de 2017, se destacando como a maior produtora, seguida da África (24,6%). Ressalta-se que as Américas ocupam apenas 4% da produção mundial apesar dos Estados Unidos da América ser o maior exportador de batata doce, com mais de 60 mil toneladas exportada nos anos de 2017 (FAOSTAT, 2019).
24 3. ELABORAÇÃO DE PRODUTO TIPO HAMBÚRGUER VEGETAL
Segundo a Instrução Normativa n° 20/2000 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), o hambúrguer é definido como produto cárneo, obtido da carne moída de animais, podendo ser adicionado ou não de tecido adiposo e demais ingredientes. É um produto moldado submetido a processos tecnológicos adequados.
O objetivo desse trabalho é preparar um produto com a aparência de hambúrguer, porém, sem introdução de carne e material adiposo, mas sim tendo como matérias-primas principais, o grão de bico e a batata doce. O trabalho se divide em etapas, sendo elas: processar as matérias-primas (grão de bico e batata doce); elaborar o hambúrguer e as etapas relacionadas com o fluxograma da produção, layout da empresa, balanços de massa e energia, análise de custos e tratamento de efluentes.
3.1. PROCESSAMENTO DO GRÃO DE BICO
O processamento do grão de bico para a obtenção da pasta foi elaborado com base no
trabalho de Silva (2014) e o fluxograma está representado na Figura 5.
Figura 5- Fluxograma do processamento do grão de bico
25
Fonte: Autor (2019)
3.1.1. Descrição das etapas 3.1.1.1. Recepção
O grão de bico da variedade kabuli, cultivar aleppo, deve ser recepcionado em sacos de 25 kg e pesados para melhor controle da produção. É indispensável a inspeção para garantir o controle de qualidade no recebimento do insumo. Nesse sentido, na recepção da matéria-prima, devem ser verificados os seguintes pontos: lacres intactos das embalagens; matéria-prima correspondente com o solicitado pela empresa; verificação das quantidades recebidas e solicitadas; lote e validade.
3.1.1.2. Seleção
Esta etapa tem como objetivo, remover produtos que se apresentem fora do padrão de qualidade, que poderiam interferir no processo e no produto final, como exemplificado na Figura 6. Desse modo, após a recepção, os grãos devem ser dispostos em mesas de aço inox, para que os colaboradores façam a inspeção visual e a retirada de eventuais elementos fora do padrão.
Figura 6- Defeitos que podem ser encontrados no processo de seleção (a) Grãos com descoloração e pedras (b) Grãos escuros e descoloridos (c) Galhos e pedras (d)
Grãos selecionados e prontos para o processamento
Fonte: Buhler (2019)
3.1.1.3. Lavagem
Realizada em tanques de lavagem com inserção do grão de bico em água corrente e posterior retirada. Após essa etapa a matéria-prima passa por tratamento térmico ao longo do processamento, não sendo, portanto, uma etapa crítica.
3.1.1.4. Maceração
A etapa de maceração, consiste em fornecer umidade necessária para a semente, esse processo de hidratação é importante para se obter uma maior otimização da etapa de cocção,
26 visto que gera sementes macias e possibilita a gelatinização do amido (WOOD e HARDEN, 2006; MORESCO;MUNHOS;PICCINI, 2012).
A água da maceração libera a ação de enzimas que atuam sobre os oligossacarídeos presentes no grão, diminuindo alguns compostos antinutricionais e favorecendo a digestibilidade do mesmo.
Portanto, nessa etapa o grão é submetido à imersão em tanque de aço inox, utilizando a proporção água/grão de 2:1 (v/m) com duração de processo entre 8 à 12h em temperatura de até 20°C. Ao final do processo ocorre aumento no rendimento dos grãos, devido à incorporação da água (DOMENE, 2011; CARNEIRO et al, 2017 ).
3.1.1.5. Cocção
De acordo com Domene (2011) a etapa de cocção no processamento do grão de bico é relevante tanto para obter o grão macio, como para realizar a inativação dos fatores antinutricionais, que prejudicam o desempenho da absorção dos nutrientes. Dessa forma, essa etapa, corrobora com a desnaturação de proteínas inibidoras de proteases, amilases e lectinas-hemaglutininas.
O processo ocorre por imersão do grão em água, utilizando a proporção água/grão de 4:1 (v/m) dentro de caldeirão industrial sob pressão. O equipamento está representado na Figura 7.
Figura 7-Caldeirão industrial sob pressão
Fonte: GRUNOX (2019)
3.1.1.6. Prensagem, envase e armazenamento.
Nessa etapa o grão de bico é inserido em um amassador industrial (Figura 8), que tem como finalidade realizar a separação da polpa (cozida do grão) do pericarpo (película externa que recobre o grão), através de um processo de prensagem.
27 Figura 8- Amassador industrial
Fonte: Max machine (2019)
A pasta obtida é acondicionada em caixas plásticas com tampa (previamente higienizadas), posteriormente pesadas, identificadas e estocadas em câmara fria (4°C) até o momento de sua utilização (MEIRA, 2013).
28
3.2. PROCESSAMENTO DA BATATA DOCE
O processamento da batata doce para a obtenção da pasta foi elaborado com base no estudo de Makino et al (2017) e segue as etapas do processo descritos no fluxograma apresentado na Figura 9.
Figura 9 -Fluxograma do processamento da pasta da batata doce
Fonte: Autor (2019)
3.2.1. Descrição das etapas 3.2.1.1. Recepção
A batata doce de polpa branca e película roxa deve ser transportada até a empresa em caixas de 25 kg, dentro de caminhões cobertos com lonas para proteção contra o sol e vento e pesadas na recepção. Em seguida, é realizada uma inspeção visual a fim de verificar a qualidade do produto, garantindo assim, que a empresa não adquira uma carga com alto teor de defeitos graves como: batatas podres, brotamento e injúrias, conforme demonstrados na Figura 10. Além disso, é analisado se o fornecedor atendeu as exigências estabelecidas (matéria-prima pré-lavada e sem sujidades grosseiras como areia e pedra).
29
Fonte: Adaptado (CEAGESP, 2014)
3.2.1.2. Lavagem
As batatas doces são colocadas em uma lavadora (Figura 11) com escovas, para que ocorra a retirada das impurezas macroscópicas oriundas do campo. As escovas utilizadas são do tipo macias para evitar o descascamento das batatas ao longo do processo.
Figura 10 - Defeitos graves que podem ser encontrados na batata doce segundo programa brasileiro para a modernização de agricultura. (a) Podridão (b) Brotamento (c) Dano por praga (d) Injúria (e) Defeito de formação (f) Dano
30
Fonte: Alibaba (2019)
3.2.1.3. Seleção
Logo após a lavagem, as batatas passam por processo de seleção em mesas de aço inox, para a retirada de tubérculos ou partes danificadas. Esse processo é realizado por manipuladores, devidamente treinados em boas práticas de fabricação de alimentos, utilizando utensílios higienizados adequadamente. As batatas com boa qualidade seguem para a etapa posterior.
3.2.1.4. Cocção
O processo ocorre de acordo com o sugerido por Domene (2011), por imersão das batatas doces em água com proporção água/batata doce de 2:1 (v/m) em um caldeirão industrial (Figura 7) sob pressão.
3.2.1.5. Prensagem, envase e armazenamento
Nessa etapa a batata doce é inserida em um amassador industrial do mesmo modelo utilizado para a mesma etapa do grão de bico (Figura 8) com capacidade de até 500 kg/h, esse equipamento tem como finalidade realizar o processo de moagem para obter batata doce em pasta e sem casca.
A pasta obtida é acondicionada em caixas plásticas com tampas (previamente higienizadas), pesadas, identificadas e estocada em câmara fria (4°C) até momento de sua
utilização (MEIRA, 2013).
31 3.3. PROCESSAMENTO DO “HAMBÚRGUER” VEGETAL
3.3.1. Fluxograma do processo
O fluxograma do hambúrguer está representado na Figura 12
Fonte: Autor (2019)
3.3.2. Descrição das etapas 3.3.2.1. Mistura
Nesta etapa, ocorre a mistura das matérias-primas principais (pasta de grão de bico e batata doce) previamente processadas. Os insumos secos passam por um processo prévio de pesagem e mistura antes de serem incorporados nessa etapa do processo. A homogeneização ocorre na misturadora de descarregamento frontal, como mostrado na Figura 13. Segundo Martins (2018), esse processo ocorre num período entre 10 e 15 min, até que se obtenha uma massa homogênea e adequada para a etapa posterior. Martins (2018) ainda destaca a importância de se acondicionar a massa em caixas plásticas com tampas sob refrigeração
(4°C) por 12h.
32
Fonte: IBRASMAK (2019)
3.3.2.2. Modelagem
A etapa da modelagem é a que dá forma e padroniza o produto final. Esse processo é realizado em uma modeladora que recebe a massa estabilizada da etapa anterior e modela de acordo com as especificações do produto. O produto final deve apresentar medidas aproximadas como diâmetro de 10 cm e espessura de 1 cm.
3.3.2.3. Ultracongelamento
A etapa do ultracongelamento é extremamente importante para que o produto mantenha a forma adquirida na etapa anterior. Esse processo será realizado de acordo com o proposto por Martins (2018) em câmera de ultracongelamento com circulação de ar forçado com temperatura de -35°C a -40°C. Os hambúrgueres são dispostos em bandejas que comportam até 30 unidades. Essas bandejas são empilhadas em um suporte com rodas, denominado de carrinhos com capacidade para 18 bandejas que devem atingir a temperatura negativa de -5°C.
3.3.2.4. Embalagem
Após a finalização da etapa anterior, os hambúrgueres congelados são dispostos em uma máquina flow pack, onde recebem a embalagem primária. Em seguida, são alocados na embalagem secundária e destinados à venda.
33 3.3.2.5. Armazenamento
O hambúrguer é armazenado em câmara fria com convecção de ar forçado utilizando temperaturas abaixo de -5°C (OETTERER; REGITANO D’ARCE; SPOTO 2006). Essa etapa é de extrema importância para a conservação, segurança e distribuição do produto visto que o mesmo se manter congelado até o consumo.
34 4. LAYOUT
Abaixo Segue o layout simplificado da planta da área de processamento do hambúrguer de grão de bico com batata doce (Figura 14). Todas as instalações estão de acordo com o regulamento técnico, que diz respeito às condições higiênico-sanitárias e de boas práticas de fabricação para estabelecimentos produtores de alimentos. A mesma está disposta na portaria nº 326/97 da secretária de vigilância sanitária.
Figura 14- Layout simplificado da empresa de processamento do hambúrguer de grão de bico com batata doce
35 5. BALANÇO DE MASSA E ENERGIA
5.1. BALANÇO DE MASSA
A Lei da conservação das massas, é expressa da seguinte forma por Antoine Laurent Lavoisier: “na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma” (BADINO,2011). Dessa forma, o princípio da conservação de massa nos processos industriais, é dado pela definição de que, a matéria é sempre conservada durante as operações unitárias (TADINI, 2016). Para o balanço de massa da produção de hambúrguer trabalha-se em regime permanente sem geração e acúmulo, conforme descrito no esquema apresentado na Figura 15.
A produção ocorre utilizando o sistema empurrado, ou seja, existe antecipadamente, planejamento e controle, visando atender a demanda da produção através do levantamento prévio da necessidade de insumos. Desse modo, o balanço de massa é imprescindível para determinar a quantidade de matéria-prima necessária para o volume de produção desejado, sendo esse o ponto de partida.
Ao final do balanço de massa são determinadas as quantidades estimadas de grão de bico e de batata doce, assim como a quantidade de resíduo orgânico gerado nas etapas de prensagem do grão de bico e da batata e o consumo de água e geração de efluente na etapa de maceração. Todos esses levantamentos foram realizados com base em uma produção de 5000 unidades de hambúrguer com peso unitário de 80g, conforme porção estabelecida na Resolução n° 359/2003 da ANVISA.
A Figura 16 mostra o esquema geral do balanço de massa para a produção do hambúrguer de grão de bico e batata doce. A área tracejada em preto indica o balanço realizado na etapa de preparação do hambúrguer. Nessa etapa é determinada a demanda de pasta de grão de bico e pasta de batata doce a partir da produção diária (5000 unidades de
=
Figura 15- Esquema do balanço de massa
36 hambúrguer) e da formulação do produto. Determinados esses valores o balanço segue nas etapas de processamento do grão bico (tracejado laranja) e batata doce (tracejado verde), sempre seguindo o fluxo contrário, visto que se objetiva encontrar a quantidade de batata doce e de grão de bico que precisam entrar no processo.
Figura 16 - Esquema do balanço de massa do hambúrguer de grão de bico e batata doce, separados por área de processamento.
Fonte: Autor (2019)
5.1.1. Balanço de massa no processamento do “hambúrguer”
Como destacado anteriormente o objetivo do balanço de massa nesse processo é determinar as quantidades necessárias da pasta de grão de bico e batata doce para a produção de 5000 unidades de hambúrguer. Desse modo, foi utilizada a Tabela 6 como referência para realizar os balanços de massa conforme esquema exposto na Figura 17.
Tabela 6-Formulação do hambúrguer vegetal a base de grão de bico e de batata doce
Insumo Quantidade (kg/dia) Percentual (%)
Grão de bico 249,24 62,31 Batata doce 99,68 24,92 Alho 5,00 1,25 Cebola 37,4 9,35 Azeite de oliva 6,72 1,68 Coentro 1,00 0,25 Sal 0,48 0,12 Pimenta do reino 0,48 0,12 Total 400,00 100
37 Figura 17- Esquema dos balanços de massa nas etapas de mistura e modelagem
Fonte: Autor (2019)
Logo:
Portanto, é necessário que a empresa tenha em estoque 400 kg de massa da mistura para atender a produção diária.
• Determinação da quantidade necessária da pasta de grão de bico na etapa de mistura:
Conforme exposto no esquema da Figura 17 o grão de bico representa 62,31% da composição da massa de mistura, dito posto, temos que:
38 • Determinação da quantidade necessária de pasta de batata doce na etapa de
mistura:
A quantidade de batata doce representa 24,92% da massa de mistura, em consoante com o esquema da Figura 17, assim sendo, temos:
• Determinação da quantidade necessária de insumos secos na etapa de mistura: Sabendo que a soma da composição de insumos secos na massa de mistura é de 12,77% conforme Figura 17, temos que:
5.1.2. Balanço de massa no processamento do grão de bico
Para o balanço de massa do processamento de grão de bico, as etapas de maceração e prensagem se destacam frente às demais, devido aos seus ganhos e perdas consideráveis. Dessa forma, nas demais etapas do processo as variações foram consideradas desprezíveis, logo, rendimento do processo de 100%. Foram realizados teste em escala laboratorial com a finalidade de determinar as perdas nas etapas citadas.
39 5.1.2.1. Etapa de prensagem
Segundo os dados experimentais obtidos, o produto prensado (Mpg) que sai dessa etapa constitui apenas 58,55% do grão de bico macerado (Gm). Os demais 41,75% são constituídos por 41,12% de resíduo orgânico (Rorgânico) e 0,33% em perdas oriundas do processo. Diante do exposto, foi realizado o balanço de massa, com a finalidade de determinar a quantidade necessária de grão de bico macerado nessa etapa e consequentemente a geração de resíduo orgânico. Os cálculos foram elaborados considerando o esquema da Figura 18.
Figura 18 - Esquema das entradas e saída na etapa de prensagem
Fonte: Autor (2019)
De acordo com o balanço realizado na etapa de mistura MPg = 249,24kg/dia diante disso:
40 5.1.2.2. Etapa de maceração
Essa etapa exige uma demanda considerável de água, visto que o grão de bico passa por um processo de hidratação. Em escala laboratorial a etapa ocorreu em 8 horas, resultando em um aumento de 202,7% do peso inicial do grão de bico (Gb) e obtenção de apenas 43,67% da água de entrada (Ae) ao final do processo. Esquematizado na Figura 19.
Figura 19-Esquema das entradas e saída na etapa de maceração
Fonte: Autor (2019)
Como determinado no balanço de massa, realizado na etapa de prensagem (item 5.2.2.1), a maceração precisa gerar 425,67 kg/dia do grão de bico macerado, diante disso temos:
De acordo com o descrito no capítulo 3 (3.1.1.4) a proporção água/grão é 2:1 (v/m), diante do exposto, sabendo o valor de Gb é possível determinar o consumo e o descarte de água realizando os cálculos:
41 5.1.3. Balanço de massa no processamento da batata doce
No processamento da batata doce, a perda de massa se destaca na etapa de prensagem, em decorrência da conversão de parte do insumo em resíduo orgânico ao final do processo. Portanto, nas demais etapas do processo da batata doce as variações foram consideradas desprezíveis.
Segundo os dados experimentais obtidos, o produto prensado (Mpb) que sai dessa etapa constitui 79,37 % da batata doce cozida (Bd). Os demais 20,63% são constituídos de 19,84% de resíduo orgânico (Rorgânico) e 0,79% em perdas oriundas do processo. Diante do exposto, realiza-se o balanço de massa, com a finalidade de determinar a demanda de batata doce cozida nessa etapa e consequentemente a geração de resíduo orgânico. Os cálculos foram elaborados considerando o esquema da Figura 20.
Figura 20 - Esquema das entradas e saída na etapa de prensagem da batata doce
42 Segundo o balanço realizado na etapa de mistura, a demanda pela pasta de batata doce é de 99,68 kg/ dia, diante disso temos:
5.2. BALANÇO DE ENERGIA
O congelamento é a operação unitária que realiza remoção de calor dos produtos. Essa operação é bastante utilizada pelas indústrias produtoras de alimentos como método de conservação para prolongar a vida útil do produto. Durante esse processo ocorre redução de temperatura abaixo do ponto de congelamento. É utilizado como método de conservação, visto que durante o processo a água contida no produto se torna indisponível para os microrganismos, através da formação dos cristais de gelo. (PEREIRA, 2005)
A energia para a remoção de calor é fornecida como energia elétrica, que atua na compressão de gases refrigerantes, quando se utiliza equipamentos de congelamento mecânico, ou na compressão e resfriamento de fluidos criogênicos (FELLOWS, 2006).
Na transferência de calor, as propriedades termofísicas dos produtos são fundamentais para estabelecer a troca térmica, determinando a quantidade de calor retirada ou cedida ao sistema. Essas propriedades têm relação direta com a temperatura e composição do alimento e, portanto, podem ser estabelecidas através do método exposto por Ibarz e Barbosa-Cánovas (2002), expresso na Tabela 7. Esse método é baseado nas propriedades dos principais componentes dos alimentos, sendo eles: carboidratos, proteínas, gorduras, fibras, cinzas e água. Através dele, é possível estabelecer a condutividade térmica (k), densidade (ρ), calor específico (cp) e difusividade térmica (α), em função da temperatura e fração mássica dos componentes (GUT e SONG, 2016).
43 Tabela 7-Método para determinação das propriedades termofísicas dos alimentos a
partir da composição
Fonte: Ibarz e Barbosa-Cánovas (2002)
Para o balanço de energia do presente trabalho, foi considerado as etapas de maior consumo de energia elétrica, ultracongelamento e armazenamento do hambúrguer.
5.2.1. Balanço de energia etapa de ultracongelamento
Os cálculos da densidade, condutividade térmica, difusividade e calor especifico do hambúrguer foram realizados através da composição centesimal do grão de bico (Tabela 3) e batata doce (Tabela 5), considerando uma proporção de 70/30, respectivamente, das matérias primas no produto e temperatura inicial de 278,15 k (5°C), visto que a massa do hambúrguer é refrigerada antes de moldar. Os valores obtidos estão expressos na Tabela 8.
Tabela 8-Propriedades termofísicas do hambúrguer de grão de bico com batata doce
Propriedades Valor Unidade
Densidade(ρ) 1208,22 kg/m³
Condutividade térmica(k) 0,33 W/m.K
Difusividade térmica(α) 0,99 x 10-7 m²/s
Calor específico (Cp) 2,55 kJ/kg K
44 Para a análise da transferência de calor iniciou-se os cálculos verificando se o sistema se comportava como aglomerado, ou seja, mudança de temperatura em função do tempo (regime transiente) com temperatura interior se mantendo uniforme.
O primeiro passo para análise de sistema aglomerado é determinar o comprimento característico, dado pela relação de volume e área do produto, como representado na Equação 6.1, de acordo com Çengel e Ghajar (2012).
(6.1) Em seguida, é determinado o número de Biot que é dado pela relação entre a convecção na superfície do corpo e a condução no interior do corpo. O mesmo pode ser determinado através da Equação 6.2, em que h é o coeficiente convectivo e k o coeficiente condutivo.
(6.2) A análise de sistemas aglomerados assume distribuição uniforme em todo o corpo, que é o caso somente quando a relação entre convecção na superfície do corpo e a condução no interior do corpo é zero, ou seja, a análise de sistema aglomerado é exata com e aproximada com . Portanto, quanto menor o número de Biot maior a precisão. Devido à falta de precisão relacionado com o coeficiente convectivo, a literatura determina que a análise de sistema aglomerado é aplicável se .
Conforme exposto no item 3.3.2.2 o produto de forma cilíndrica apresenta diâmetro de 10 cm e altura de 1 cm, realizando os cálculos do volume e da área do produto e aplicando os resultados na equação 6.1, obtém-se . O número de Biot foi determinado utilizando o k apresentado na Tabela 8, para o coeficiente convectivo foi considerado ar como fluido com convecção forçada. Gut e Song (2016) declaram que nessas condições o h pode variar de 10 a 100 (W/m²K), diante do exposto foi utilizado h=100 W/m²K. Substituindo os valores na equação 4.2 tem-se:
45 O número de , assim, o valor calculado foi maior que o permitido, logo não é possível aplicar o sistema aglomerado. Diante disso é utilizado o sistema aproximado através da Equação 6.4, sendo a temperatura do hambúrguer ao final da etapa de ultracongelamento (-5°C), a temperatura do ar (-40°C) e a temperatura inicial do hambúrguer (5°C). e são constantes tabeladas. Para o Biot encontrados os valores são de 1,2071 e 1,2558 respectivamente (ÇENGEL E GHAJAR, 2012). é o número de Fourier que é caracterizado pela condução de calor e pode ser determinado pela Equação 6.5
(6.4)
(6.5)
Substituindo os valores na equação 4.4 tem-se:
(6.5)
Portanto o valor do número de Fourier é: 0,3. Sabendo que e , aplicando esses valores na equação 4.5 tem-se que:
(6.6)
Dessa forma o tempo estimado para uma unidade de hambúrguer atingir -5°C é de: t= 53,45 s. Para determinar a transferência de calor, se faz necessário calcular inicialmente o máximo de calor que pode ser transferido a partir do cilindro, sendo esse a energia sensível do cilindro em relação ao ambiente. O máximo calor é determinado pela Equação 4.7
46 Em seguida, para determinar a transferência de calor, aplica-se o valor de na equação 6.8.
(6.8)
Sabendo que uma unidade de hambúrguer tem 0,08kg, Cp é dado pela Tabela 8 com a unidade de temperatura dada em Kelvin, diante disso as temperaturas são expressas em
Kelvin ficando e dessa forma calcula-se:
(6.9)
Obtém-se que 9,2 kJ. O valor de para =1,2558 é determinado por interpolação, conforme Çengel E Ghajar (2012), resultando em 0,6953. Dados os valores, a fração da transferência de calor substituindo os valores na Equação 6.8
(6.10)
O valor obtido de calor retirado para que uma unidade de hambúrguer tenha o abaixamento da temperatura de 5 para -5°C é de Q=1,28kJ, sabendo que esse processo ocorre em 53,45s temos que Q= 0,02kW. Portanto para uma produção de 5000 unidades de hambúrguer é estimado uma perda total de 117kW de calor.
5.2.2. Balanço de energia na etapa de armazenamento
A carga térmica é dada como o calor, por unidade de tempo, que precisar ser retirado do ambiente para manter (carga em estado estacionário) ou reduzir (carga em estado transiente) o produto na temperatura desejada. Em estado transiente essa carga incluir: calor sensível do produto, calor de respiração e calor de fusão da água do produto, se ele se encontrar congelado. Enquanto em estado estacionário a carga inclui absorção de calor pelas paredes e portas da câmara e infiltração de ar e calor gerado dentro da câmara (TADINI et al, 2016).
47 Diante do exposto, para o balanço de energia nessa etapa, foram realizados cálculos para estimar a carga térmica do armazenamento do hambúrguer, em uma câmara de congelamento, com dimensões de 2 x 2 x 2,3 m, em estado estacionário com temperatura constante de -5°C. A estima da carga térmica simplificada é dada como a soma da carga térmica por condução, taxa de perda de calor em razão da abertura da porta, taxa de perda de calor pela presença de lâmpadas e taxa de perda de calor pela circulação de pessoas.
5.2.2.1. Determinação carga térmica por condução
A troca térmica que ocorre através de paredes, forro e piso da câmara varia com o tipo de isolante empregado, a espessura do isolamento, e o gradiente de temperatura entre a área interna e externa. A taxa de calor transmitida para o espaço refrigerado pode ser calculada de acordo com a Equação 6.12.
(6.12)
A área de troca térmica (A) é de 29,7 m² e corresponde a área das 4 paredes e o teto da câmara. O isolante da câmara tem espessura de 0,15m (dX) e é composto por poliestireno que apresenta condutividade térmica (k) segundo Çengel e Ghajar (2012) de 0,04 W/mK. O gradiente de temperatura (dT) corresponde a diferença de temperatura da área interna e área externa sendo respectivamente -5°C (28,15 K) e 30°C (303,15 K). Substituindo os valores na Equação 6.13 temos:
(6.13)
Portanto o valor da carga térmica por condução é de 277,2 W equivalente a 0,277kW. 5.2.2.2. Determinação taxa de perda de calor por abertura de porta
O cálculo para a determinação da taxa de perda de calor é dado para Equação 6.14 de acordo com Tadini et al (2016).
(6.14)
A câmara tem dimensão de 1,8 (H) de altura e 0,8 (w) largura substituindo os valores na Equação 6.14 temos:
48 (6.15)
O valor de . Sabendo que a câmara é aberta 3 vezes por hora durante 3 minuto, temos que por hora o tempo de abertura da porta é de 9 minuto equivalente 540s. Dessa forma a perda de calor no espaço de 1h é dada pela Equação 6.16
(6.16)
(6.17)
Portanto a perda de calor pela abertura de porta é de 461160kW.s, por hora temos
5.2.2.3. Determinação taxa de perda de calor por presença de lâmpadas
O calcula da taxa de perda de calor pela presença de lâmpadas é dada pela Equação 18, de acordo com Tadini et al (2016)
(6.18)
Supõe-se que a câmara é composta por 5 lâmpadas de 100w, elas são acionadas através da abertura da porta da câmara e permanece acesa até o fechamento, diante disso calcula-se
(6.19)
O valor de . Equivalente 0,5kW. Por hora cada lâmpada fica acesa por 540s, dessa forma no espaço de 1h a taxa de perda pelas 5 lâmpadas é dada pela Equação 20.
(6.20)
Portanto a perda de calor pela abertura da porta é de 270kW.s, dessa forma a quantidade calor perdida por hora é de 0,075kW.
49 5.2.2.4. Determinação taxa de perda de calor por circulação de pessoas
Apenas uma pessoa é responsável por abastecer e expedir os produtos da câmara de congelamento. O cálculo para a determinação da taxa de perda de calor por circulação de pessoas é dado pela equação 6.21
Portanto equivalente a 0,293kW. Sabendo que a pessoa entra 3 vezes por hora e permanece por 3 min, tem-se que o tempo de permanência é de 540 segundo, dessa forma no espaço de uma 1h a taxa de perda de calor por circulação de pessoa é dada pela equação 6.22
Portanto a perda de calor é de 158kW.s, dessa forma o calor tirado por hora de produção é de 0,044kW.
5.2.2.5. Determinação da perda de calor total
A estimativa da perda de calor total (QT) é dada pela somatória de todas as perdas calculadas anteriormente: Condução, abertura de portas, presença de lâmpadas e circulação de pessoas. Podendo ser expressa pela equação 6.23
Substituindo o valor encontrado nos itens 5.2.2.1, 5.2.2.2, 5.2.2.3 temos:
50 6. VIABILIDADE ECONÔMICA
O processo de desenvolvimento de um produto engloba inúmeras etapas, dentre elas a análise de viabilidade econômica. Esse processo é definido como a verificação dos gastos relacionados ao mesmo, compreendendo somatória de custos relacionados com mão de obra, gastos gerais de fabricação e materiais. (TRIERWEILLER et al, 2012).
O custo de acordo com Trierweiller et al (2013) é todo gasto aplicado ao produto que será entregue ao consumidor final. O mesmo pode ser classificado de duas formas:
• Quanto ao uso: Essa classificação é subdividida em direta e indireta, sendo o custo direto o gasto relacionado com o produto e o indireto gastos gerais.
• Quanto ao comportamento: Essa classificação está relacionada com a variação de acordo com a demanda de produção e, portanto, é subdivida em custos fixos e variáveis.
Na análise de viabilidade econômica desse trabalho, levou-se em consideração apenas os custos quanto ao comportamento, fixos e variáveis.
2.1. CUSTOS FIXO
2.1.1. Custo com mão de obra
O levantamento do custo com mão de obra é baseado na estimativa levantada pelo Trabalha Brasil (2019), classificado por cargos. Foram considerados os encargos sociais (FGTS, FGTS/Provisão de multa para rescisão, total previdenciário e previdenciário sem 13° e férias) e trabalhistas (13° e férias). Fundamentado em um regime tributário simples os encargos totalizam 33,77% sobre o salário base dos funcionários (GUIA TRABALHISTA, 2019).
Diante do exposto, sabendo que a empresa opera 20 dias por mês tem-se um custo diário de R$ 2.739,51 conforme expresso na Tabela 9. Com uma produção de 5000 unidades de hambúrguer por dia o custo de matéria-prima por unidade de hambúrguer é de RS 0,55.
51 Tabela 9- Levantamento da folha de pagamento dos funcionários
Cargo N° de
Funcionários Salário Base ¹ Encargos
Custo Mensal Custo Por Dia De Produção ² Auxiliar de produção 4 R$ 998,00 R$ 456,49 R$ 1.454,49 R$ 72,72 Auxiliar de almoxarifado 1 R$ 1.021,75 R$ 698,88 R$ 1.720,63 R$ 86,03
Auxiliar de câmara fria 1 R$ 1.366,00 R$ 934,34 R$ 2.300,34 R$ 115,02
Operador de máquina 1 R$ 1.298,68 R$ 888,30 R$ 2.186,98 R$ 109,35 Analista de PCP 1 R$ 2.587,70 R$ 1.769,99 R$ 4.357,69 R$ 217,88 Supervisor da qualidade 1 R$ 2.403,87 R$ 1.644,25 R$ 4.048,12 R$ 202,41 Gerente de compras 1 R$ 4.895,02 R$ 3.348,19 R$ 8.243,21 R$ 412,16 Gerente comercial 1 R$ 4.828,94 R$ 3.302,99 R$ 8.131,93 R$ 406,60 Gerente industrial 1 R$ 5.611,84 R$ 3.838,50 R$ 9.450,34 R$ 472,52 Analista de recursos humanos 1 R$ 1.963,82 R$ 1.343,25 R$ 3.307,07 R$ 165,35 Administrador 1 R$ 3.134,99 R$ 2.144,33 R$ 5.279,32 R$ 263,97
Auxiliar de serviços gerais 2 R$ 998,00 R$ 682,63 R$ 1.680,63 R$ 84,03
Motorista 1 R$ 1.561,45 R$ 1.068,03 R$ 2.629,48 R$ 131,47
TOTAL 16 R$ 27.775,04 R$ 18.771,98 R$ 46.547,02 R$ 2.327,35
Fonte: Autor (2019)
2.1.2. Custo com depreciação das máquinas
A depreciação é definida como a perda ou diminuição da capacidade de geração de caixa dos bens. Esse processo pode ocorrer por três causas, sendo elas: físicas, funcionais e excepcionais. As causas físicas ocorrem por ação do tempo, através de desgaste e perda de eficiência dos equipamentos. As causas funcionais estão relacionadas com a evolução tecnológica, que leva os bens a perda de eficiência frente às inovações. Já as causas excepcionais são imprevisíveis e depreciam o valor do bem através de acidentes, como incêndios, terremotos entre outros (MACHADO e PAPARAZZO, 2014).
O processo de depreciação dá início a partir da instalação do bem e, portanto, deve ser considerado como despesa. A Receita federal brasileira estabelece através da instrução normativa n°1700 de 2017 depreciações de 10% ao ano sobre o valor do bem para equipamentos.
Isto posto, foi estabelecido o preço dos equipamentos através de pesquisas com fornecedores e buscas em sites de vendas, com a finalidade de realizar a estimativa de depreciação, conforme definido na Tabela 10. Dessa forma, a estimativa de custo de depreciação por dia de produção é de R$ 64,51, sendo, portanto, estipulado R$ 0,01 de custo com depreciação por unidade de hambúrguer.
