Elaboração de sorvete à base de melão cantouloupe (Cucumis melo var. cantalupensis) com adição de farinha de limão.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

ANTÔNIO BATISTA DE OLIVEIRA JÚNIOR

ELABORAÇÃO DE SORVETE À BASE DE MELÃO CANTALOUPE (Cucumis melo

var. cantalupensis) COM ADIÇÃO DE FARINHA DE LIMÃO.

NATAL – RN 2019

ANTÔNIO BATISTA DE OLIVEIRA JÚNIOR

ELABORAÇÃO DE SORVETE À BASE DE MELÃO CANTALOUPE (Cucumis melo var. cantalupensis) COM ADIÇÃO DE FARINHA DE LIMÃO.

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Federal

do Rio Grande do Norte, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Alimentos.

Orientadora: Profaª. Drª. Beatriz de Cássia Martins Salomão

NATAL – RN 2019

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede Oliveira Júnior, Antônio Batista de.

Elaboração de sorvete à base de melão cantaloupe com adição de farinha de limão / Antonio Batista de Oliveira Junior. - 2019. 72 f.: il.

Monografia (Graduação)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Curso de Engenharia de Alimentos.

Orientadora: Profa. Dra. Beatriz de Cássia Martins Salomão. 1. Sorvete - Monografia. 2. Melão cantaloupe - Monografia. 3. Farinha de limão - Monografia. I. Salomão, Beatriz de Cássia Martins. II. Título.

ANTÔNIO BATISTA DE OLIVEIRA JÚNIOR

ELABORAÇÃO DE SORVETE À BASE DE MELÃO CANTALOUPE (Cucumis melo var. cantalupensis) COM ADIÇÃO DE FARINHA DE LIMÃO.

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Federal

do Rio Grande do Norte, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Alimentos.

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BANCA EXAMINADORA

_______________________________________

Prof.ª Dr.ª. Beatriz de Cássia Martins Salomão Professora orientadora

_______________________________________ Eng. Fábio Gonçalves Macêdo de Medeiros

Membro

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho a minha mãe, Marlene Domingos, que sempre abdicou de si para me oferecer o melhor.

AGRADECIMENTOS

Agradeço ao grande arquiteto do universo por me propiciar momentos que levarei comigo para sempre, os quais foram vivenciados nestes anos de graduação.

Agradeço as professoras do LEA, Profª. Drª Kátia Matsui e Profª. Drª Kátia Borges por tudo que me foi transmitido durante este tempo. A Profª Drª. Beatriz Salomão, minha gratidão pela atenção e dedicação com a qual ministrou suas disciplinas e pelas experiências compartilhadas em sala e por sempre nos fazer acreditar em nosso potencial.

Aos vários amigos de curso que fiz nestes anos (Alexandre, Luiz, Lucas, Jaquieli, Rico, Roberto, Juliana, Renata, Kayonara, Tereza e turma da cantina em geral, e todos os outros que não citei mas que também irei guardar a amizade construída no decorrer deste o curso), obrigado pela amizade e companheirismo vivenciados durante este período. São muitas histórias pra contar. A Engª. de Alimentos Luanna Macêdo, minha gratidão pela monitoria prestada durante a disciplina de princípio dos processos químicos.

Agradeço à minha família por toda compreensão e apoio que sempre tiveram comigo. Meus irmãos João e Amanda, obrigado pela disposição em me ajudar nas complicadas disciplinas de cálculo e programação e, minha irmã Angélica, que foi a minha maior influenciadora na escolha deste curso.

Lenise, obrigado por ser uma companheira tão prestativa e compreensiva. A Minha mãe, Marlene, obrigado por tudo que sou e que tenho.

RESUMO

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sorvete de melão com adição de farinha de limão. O estudo inicialmente disserta sobre o referencial teórico e discute todas as etapas necessárias para a elaboração do produto, apresentando a linha de produção industrial para sua elaboração através de um layout simplificado. Posteriormente são desenvolvidos os balanços de massa e energia, bem como o estudo da viabilidade econômica com ênfase no custo unitário do produto, a elaboração do rótulo do produto, de acordo com a legislação vigente, e por fim é proposto um tratamento para os resíduos gerados pela fábrica. Comercialmente, este produto apresenta um apelo saudável, tendo em vista que o percentual de fruta na sua composição é de 50%, o que é um diferencial em relação aos produtos similares no mercado. Os pontos mencionados indicam que a produção deste sorvete é viável e com potencial de lucro.

ABSTRACT

This work concerns the development of a watermelon flavoured ice cream with anadditive of farinha de limão, a flour-like substance made by drying lemon zest. Thestudy initially was based on a theoretical frame of reference and discussed all thenecessary steps that outlined the processing of the product, particularly on a industrialline of production by means of a simplified layout. Subsequently, the balance of massand energy is developed, such as the study of economic viability with emphasis on theunit cost of the product, the development of the package label (in accordance withcurrent legislation), and finally a proposed treatment for excess material generated by the manufacturing process. Commercially, this product will be presented as a healthy option, given that the percentage of fruits in its composition is 50 percent, which sets it apart from similar products on the market. The aforementioned points indicate that the production of this ice cream is both viable and potentially profitable.

Keywords: Ice cream, cantaloupe melon, farinha de limão*,

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Melão cantalupensis. ... 20

Figura 2- Partes do melão. ... 20

Figura 3-Farinha de limão presente no mercado em pote. ... 23

Figura 4- Farinha de limão disponível em sachê. ... 23

Figura 5- Fluxograma do processamento do sorvete ... 24

Figura 6-Balança tipo plataforma. ... 25

Figura 7- Lavador de vegetais com escova. ... 25

Figura 8- Tanque de imersão de vegetais. ... 26

Figura 9- Descascador manual de melão. A: Descascador manual. B: Descascador em uso. . 26

Figura 10- Despolpadeira ... 27

Figura 11-Balança eletrônica digital. ... 27

Figura 12- Mini planta de pasteurização. ... 28

Figura 13- Tanque de maturação ... 29

Figura 14- sorveteira contínua. ... 30

Figura 15-Enchedora de copos automática ... 30

Figura 16- Pote de polipropileno de 1L para sorvetes ... 31

Figura 17- Esquema do túnel de congelamento. ... 31

Figura 18-Veículo refrigerado. ... 32

Figura 19-Layoult Simplificado. ... 33

Figura 20- Balanço de massa global ... 38

Figura 21-Balanço de massa no beneficiamento do melão. ... 39

Figura 22- Balanço de massa no descascador. ... 39

Figura 23- Balanço de massa na despolpadeira. ... 40

Figura 24- Balanço de massa no tanque de pasteurização ... 41

Figura 25-Balanço de massa na produtora de sorvetes. ... 46

Figura 26-Esquema do reator UASB. ... 58

Figura 27-Estação de tratamento de efluentes projetada para a indústria de sorvetes. ... 59

Figura 28- Ilustração esquemática de informações em um rótulo. ... 60

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

-AGENCIA NACIONAL DE VIGILANCIA SANITÁRIA -Batelada

-COMPANHIA ENERGÉTICA DO RIO GRANDE DO NORTE -EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA -Equipamento de proteção individual

-Estabilizantes

- Fundo de garantia por tempo de serviço - Farinha de limão

- Instituto nacional do seguro social - Leite em pó - Massa de ar - Massa da calda - Melão descascado - Polpa de melão - Produção completa - Calor recebido - Calor cedido - Calor total - Resíduo da casca - Sementes

-Serviço de atendimento ao consumidor -Volume de ar incorporado

-Volume da calda - Fração de açúcar - Fração de gordura

- Fração de sólidos não gordurosos - Fração de sólidos totais

LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Composição ideal do sorvete com base no teor de gordura. ... 19

Tabela 2- Resultados dos rendimentos do melão. ... 21

Tabela 3- Composição nutricional centesimal média do melão cru. ... 21

Tabela 4- Ingredientes para elaboração do sorvete de melão adicionado de farinha de limão e suas características de interesse no processo. ... 37

Tabela 5-Formulação e quantidades de ingredientes para a produção de sorvete de melão adicionado de farinha de limão. ... 44

Tabela 6- Quantidades mássicas dos ingredientes do sorvete de melão adicionado de farinha de limão ... 44

Tabela 7- Composição centesimal dos ingredientes do sorvete (quantidade em 100g). ... 45

Tabela 8- Investimento em equipamentos e utensílios. ... 53

Tabela 9- Custos com utilização de energia elétrica. ... 54

Tabela 10- Custos referentes a vencimentos de mão-de-obra. ... 55

Tabela 11- Demonstrativo do valor unitário (kg) da polpa de melão. ... 56

Tabela 12- Custo por batelada e por dia referente aos insumos de produção de sorvete de melão com farinha de limão. ... 56

Tabela 13- Custo unitário do sorvete de melão com farinha de limão... 57

SUMÁRIO

3.1ORIGEM E HISTÓRIA DO SORVETE ... 17

3.2DEFINIÇÃO,CLASSIFICAÇÃO E COMPONENTES DOS GELADOS COMESTÍVEIS ... 17

3.3COMPONENTES DO SORVETE... 18

3.3.1 Gordura ... 18

3.3.2 Proteínas ... 18

3.3.3 Sacarose ... 19

3.3.4 Estabilizantes ... 19

3.3.5 Polpas de fruta... Erro! Indicador não definido. 3.4BALANCEAMENTO DA RECEITA ... 19

3.5.MELÃO... 20

3.5.1 Importância comercial, composição nutricional e partes do melão ... 20

3.5.2 Compostos bioativos ... 22

3.6FARINHAS ... 22

3.6.1 Aplicação de farinha de limão como ingrediente ... 22

3.6.2 Farinha de limão Tahiti ... 22

4. CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO ...ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4.1FLUXOGRAMA ... 24

4.1.2 Recepção de matéria-prima ... 25

4.1.3 Higiene e sanitização do melão... 26

4.1.4 Descascamento do melão ... 26

4.1.5 Despolpamento do melão ... 27

4.1.6 Pesagem dos ingredientes ... 27

4.1.7 Pasteurização e Homogeneização ... 27 4.1.8 Resfriamento ... 28 4.1.9 Maturação ... 29 4.1.10 Aeração ... 29 4.1.11 Envase... 30 4.1.12 Endurecimento ... 31 4.1.13 Armazenamento ... 31 4.1.14 Distribuição ... 32 4.2 LAYOUT SIMPLIFICADO ... 32

4.2.1 Descrição do Layout simplificado ... 33

4.3.1 Cálculo da quantidade mássica de produto... 35

4.3.2 Percentual de farinha de limão Tahiti, estabilizantes e polpa de melão ... 36

4.3.3 Balanceamento da calda ... 36

4.3.4 Balanço de massa no beneficiamento do melão ... 38

4.3.5 Balanço de massa no descascador ... 39

4.3.6 Balanço de massa na despolpadeira ... 40

4.3.7 Balanço de massa no tanque de pasteurização... 41

4.3.8 Balanço de massa para a fração de gordura (xg) ... 42

4.3.9 Balanço de massa para a fração de sólidos não-gordurosos (xsng) ... 43

4.3.9.1 Calculo da massa de creme de leite, leite em pó e água ... 43

4.3.10 Balanço de massa por nutrientes ... 45

4.3.11 Balanço de massa na produtora de sorvetes ... 46

4.4BALANÇO DE ENERGIA ... 48

4.4.1 Cálculo do calor específico ... 49

4.4.2 Cálculo da quantidade de calor (Q) na pasteurização ... 51

4.4.2.1 Cálculo da quantidade de calor (Q) na primeira etapa do resfriamento no trocador de calor ... 51

4.4.2.2 Cálculo da quantidade de calor na segunda etapa de resfriamento no trocador de calor... 51

4.4.3 Balanço de energia na produtora ... 52

5. ANÁLISE ECONÔMICA ... 53

5.1INVESTIMENTO INICIAL EM EQUIPAMENTOS ... 53

5.2CUSTO ENERGÉTICO DE PRODUÇÃO ... 54

5.3CUSTO COM MÃO-DE-OBRA E ENCARGOS SOCIAIS ... 55

5.4CUSTOS COM MATÉRIA-PRIMA ... 56

5.5ANÁLISE DE VIABILIDADE FINANCEIRA ... 57

6. TRATAMENTO DE RESÍDUOS... 58

7. ROTULAGEM NUTRICIONAL ... 60

7.1DECLARAÇÃO DE INGREDIENTES, ALERGÊNICOS, CONTEÚDO LÍQUIDO, SERVIÇO DE ATENDIMENTO AO CONSUMIDOR E DESCARTE DA EMBALAGEM... 62

7.2RÓTULO DO SORVETE ... 63

CONCLUSÃO ... 64

1. INTRODUÇÃO

O sorvete é um alimento muito consumido no mundo inteiro, tendo ainda um vasto mercado a ser explorado. O público consumidor de sorvete vem demonstrando interesse por produtos inovadores, com características sensoriais e nutricionais que superem as dos sorvetes já disponíveis no mercado, maior regionalização de sabores e mais opções de gelados a base de frutas (SEBRAE, 2016) e também devido à procura por produtos com um apelo pela saúde, que está relacionada ao anseio dos consumidores por mais qualidade de vida através da alimentação (SIRÓ et al., 2008).

Os índices de consumo de sorvete no Brasil são baixos, cerca de 4,8 litros por ano por habitante, uma vez que é forte a ideia de que o consumo de sorvetes está relacionado somente ao verão (FREITAS et al., 2012). Na América do Norte, o consumo chega a 22 litros anuais por pessoa e nos países escandinavos onde o clima com baixas temperaturas predomina durante o ano como na Suécia, são consumidos 14,2 litros e na Noruega, 12,8 litros per capita (FREITAS et al., 2012).

Segundo a ABIS (Associação Brasileira das Indústrias de Sorvetes) o consumo nacional em 2017, foi de aproximadamente 1,3 bilhões de litros. O mercado de sorvetes tem a necessidade de demonstrar renovação constante, dinamismo e a oferta de novidades aos consumidores. Para amenizar as quedas das vendas no inverno, os fabricantes de sorvete já vêm investindo em produtos com maior percentual de ingredientes naturais e com menos calorias (FREITAS et al., 2012).

O melão (Cucumis melo) é o fruto do meloeiro. Tem sua origem na Ásia e atualmente é cultivado em todas as regiões tropicais do planeta (PEREIRA et al., 2014). No Brasil, o melão é comercializado e consumido geralmente in natura e na indústria, é utilizado como matéria prima para a fabricação de iogurtes, bebidas lácteas e sucos. Comercialmente, os principais melões produzidos no Brasil pertencem aos grupos Cucumis melo inodorus Naud. e Cucumis.

melo cantaloupensis Naud., sendo os tipos Amarelo, Orange Flesh e Pele-de-Sapo, os

representantes do grupo inodorus; e os tipos Cantaloupe, Gália e Charentaisos representantes do grupo cantaloupensis (NEGREIROS et al., 2015). O cultivo do melão (Cucumis melo L.) vem elevando-se notadamente no Brasil, com destaque para os estados do Rio Grande do Norte e Ceará (CEPEA, 2017). Em 2017, o Rio Grande do Norte foi o estado que mais produziu melão no Brasil, com um volume de aproximadamente 345.000 toneladas, segundo dados divulgados pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) referentes a aquele ano. É notável uma tendência de mercado pela procura por melões do grupo Cantalupensis em virtude de seu

aroma, pela coloração atrativa de sua polpa e por seu teor de sólidos solúveis (SANTOS apud MEDEIROS, 2015).

De acordo com Tyagi et al. (2007), a competição no mercado por si estimula a busca por ingredientes que possam conferir novos sabores e funcionalidades aos produtos. Novas formulações vêm sendo testadas, e a inclusão de ingredientes como farinhas de diferentes espécies vegetais demonstra ser uma estratégia aplicável na busca por novos produtos.

Farinhas elaboradas a partir de citros, como o limão, representam uma rica fonte de flavonoides naturais e dispõem de uma elevada concentração de compostos fenólicos (SANTOS et al., 2016).

No mercado, já se encontram farinhas processadas de citros, de partes totais ou parciais, como por exemplo, de casca de laranja e de casca de limão. A casca, principal componente da farinha de limão, é rica em óleos essenciais, que por sua vez é um produto altamente valorizado, com ampla utilização na indústria farmacêutica e de bebidas gaseificadas (SEBRAE, 2016). É na casca dos alimentos onde encontram-se nutrientes como fibras alimentares, celulose, hemicelulose e lignina (MENDONÇA et al.,2006).

Alguns trabalhos já vêm avaliando o desempenho de alimentos com adição de farinha de limão em suas formulações, como o estudo que avaliou a aceitação sensorial em biscoitos formulados com a adição de farinha de limão (SANTOS et al.,2016) e, o estudo que avaliou a aceitação sensorial de brownie adicionado de farinha de limão (FARIAS et al.,2018). É notável, portanto, que há uma gama de possibilidades a serem exploradas através da farinha de limão.

Pode-se verificar que o desenvolvimento de sorvete com sabor de melão com adição farinha de limão Tahiti é viável, pois o melão é um produto bastante aceito no mercado e que apresenta grande disponibilidade na região. Além disso, existe um potencial para o reaproveitamento e a disponibilidade de subprodutos de citros, como a farinha de limão, já que é baixa a oferta de produtos que utilizam estes como ingredientes no mercado. Soma-se a isso a crescente demanda por produtos mais saudáveis; a procura por sorvetes com características regionais e que apresentem um maior percentual de ingredientes naturais em sua composição.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

 O objetivo geral deste trabalho é a elaboração de um sorvete de melão adicionado de farinha de limão.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Desenvolver a produção em larga escala de um sorvete sabor melão com adição de farinha de limão;

 Desenvolver um layout de produção simplificado;

 Detalhar os balanços de massa e de energia para o processo;

 Realizar uma análise econômica dando ênfase aos custos unitários do produto final;

3

3.1 ORIGEM E HISTÓRIA DO SORVETE

De acordo com a ABIS (Associação Brasileira das Indústrias de Sorvetes) a origem do sorvete se deu na China, através da mistura de frutas à neve, sendo posteriormente no Oriente médio adicionadas às caldas geladas. Ainda segundo a ABIS, durante o século XVII houve um aprimoramento na formulação do sorvete, que passou a ser feito sem o auxílio da neve, a partir da evidência de que o sal poderia abaixar a temperatura de fusão da água. Em meados de 1800, diversos restaurantes e cafés da Europa, especialmente na França, passaram a oferecer sorvete em seus cardápios. Poucos anos depois, com o advento da refrigeração mecânica (os freezers), as sorveterias se proliferaram pelo mundo inteiro. De acordo com o International Dairy Food

Association (2019), foi durante o século XX que August Gaulin, em Paris, inventou o

homogeneizador, destinado a aprimorar a textura suave do sorvete. No Brasil, os gelados comestíveis ficaram conhecidos por volta de 1834, quando dois comerciantes compraram uma grande carga de gelo e realizaram a mistura deste com frutas nativas. Pelo fato de que não havia métodos de se conservar gelados comestíveis nessa época, o horário da fabricação era divulgado através de anúncios (ABIS, 2012). Cada ingrediente presente no sorvete tem suma importância na qualidade do produto final (SANTOS et al., 2008).

3.2 DEFINIÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E COMPONENTES DOS GELADOS COMESTÍVEIS Atualmente, a ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária), através da Resolução RDC nº 266 de 22 de setembro de 2005, estabelece gelados comestíveis como produtos alimentícios obtidos a partir de uma emulsão de gorduras e proteínas, com ou sem adição de outros ingredientes e substâncias, ou de uma mistura de água, açúcares e outros ingredientes e substâncias que tenham sido submetidas ao congelamento, em condições tais que garantam a conservação do produto no estado congelado ou parcialmente congelado, durante a armazenagem, o transporte e a entrega ao consumo podendo ser adicionados de outro(s) ingrediente(s) desde que não descaracterize(m) o produto (BRASIL, 2005). Estes produtos devem apresentar uma densidade aparente mínima de 475 gramas por litro (BRASIL, 2005).

Segundo a fabricante de máquinas para a indústria de gelados comestíveis, FinamacTM

(FINAMAC, 2010) desde a revogação da Portaria nº 379/1999 pela RDC nº 266/2005, a classificação dos gelados comestíveis é dada pelo mercado e não mais pela legislação brasileira.

Ainda de acordo com a FinamacTM_{, os sorvetes são comumente divididos em 6 categorias mais}

usuais, sendo elas:

 Sorbets: sorvetes que não possuem gordura, seja de origem vegetal ou animal,

consequentemente, não há leite ou qualquer derivado, tendo sua massa à base de água e sendo muito usual o emprego de polpas de frutas.

 Sherbets: sorvetes cujo teor de gordura varia entre 2% e 3,5%.

 Sorvetes Artesanais: são sorvetes com menos ar incorporado e consequentemente mais

pesado, mais cremoso e com uma textura mais densa quando comparado aos demais tipos de sorvetes.

 Sorvetes Industriais: trata-se de sorvetes de preço popular, com alta incorporação de

ar, extrema leveza e com maior suavidade em sua textura.

 Sorvetes Premium: são sorvetes com aproximadamente 16% de gordura, são utilizados

matérias-primas mais nobres, e, portanto mais caras, dessa forma estes sorvetes tem um público alvo de maior renda.

 Frozen Yogurt: são sorvetes mais saudáveis em virtude de seu baixo teor de gordura (1

a 2%) e tem como base o iogurte. 3.3 COMPONENTES DO SORVETE

O sorvete é uma mistura de vários ingredientes, sendo os essenciais: gordura, sólidos não gordurosos do leite (sólidos totais com exceção da gordura), estabilizantes, adoçantes, aromatizantes, polpas de fruta e água (ARBUCKLE, 1966, TIMM, 1989, SOLER; VEIGA, 2001, PEREDA et al., 2005).

3.3.1 Gordura

Este componente realiza a interação com outros ingredientes atribuindo estrutura e sabor ao sorvete, pois promove o transporte dos componentes solúveis em gorduras, desenvolvendo a cremosidade e a sensação de lubrificação na boca (WALSTRA et al., 1998).

3.3.2 Proteínas

As proteínas têm um importante papel na confecção de estrutura do sorvete. Sua presença garante estabilidade na aeração, desenvolvimento de corpo, emulsificação, além de interagir com outros estabilizantes, dar estabilização a emulsão através de micelas de caseína, que formam uma rede proteica firme para a formação de bolhas de ar. Após a homogeneização,

as proteínas contribuem para a construção da estrutura do gelado retendo as partículas de água (ARBUCKLE, 1977).

3.3.3 Sacarose

A sacarose possui as funções de atribuir o sabor doce, elevar o teor de sólidos, fornece textura e ajustar o ponto de congelamento do sorvete (SOLER e VEIGA, 2001).

3.3.4 Estabilizantes

Os estabilizantes são substâncias hidrofílicas que se dispersam em solução coloidais. Ajudam a elevar a viscosidade e formar o gel. Além disso, em virtude de sua capacidade de retenção, os estabilizantes atuam como retentores da água na emulsão (ARBUCKLE, 1966). O resultado da atividade dos estabilizantes é a formação de uma rede tridimensional causada pelas interações das pontes de hidrogênio que ocorrem entre si, o que reduz a mobilidade da água livre (ARBUCKLE, 1966).

3.4 BALANCEAMENTO DA RECEITA

O balanceamento de um sorvete deverá ser calculado tendo como referência o teor de gordura. Segundos Santos et al. (2014) defeitos no corpo e na textura, como a formação de cristais de gelo, o esfarelamento, sorvete fofo, gomoso, arenoso ou fraco podem ser provocados pelo balanceamento incorreto de calda. Além disso, a presença excessiva de sólidos como açúcar e gordura pode ocasionar a precipitação da caseína (SANTOS et al., 2014), afetando a estabilidade da emulsão. Na Tabela 1 são apresentadas algumas composições de sorvete a partir de diferentes teores de gordura.

Tabela 1- Composição ideal do sorvete com base no teor de gordura.

Gorduras (%) S.N.G (%) Açúcar (%) Sólidos Totais (%)

3 14-15 13-18 30-36

4 13-14 13-18 30-36

5 13-14 13-18 31-37

6 11-13 14-18 31-37

8 10-12 16-18 34-38

3.5. MELÃO

O cucumis melo é uma fruta pertencente à família das cucurbitáceas, cuja a planta é do tipo porte rasteiro com ramificações no caule (MEDEIROS et al., 2011). Fitologicamente está dividido em grupamentos ondes tipos Reticulatus, Cantalupensis e Inodorus são os mais comumente encontrados no mercado. Os tipos Cantalupensis e Inodorus são considerados nobres, uma vez que são mais saborosos, aromáticos e com melhores aspectos de apresentação e qualidade (KHOO et al., 2011).

O melão Cantalupensis (Figura 1) possui rendilhados em sua casca, tem formato esférico, seu peso varia entre 1 a 3 kg. Seu sabor é adocicado e seu aroma é característico. Seu pH médio é de 6,4 e seu teor de sólidos solúveis é de 8º Brix (FIGUEIREDO, 2007)

Comercialmente, os frutos variam de 1,0 a 1,5 kg, sendo que os frutos preteridos no mercado externo são comercializados no mercado interno onde os índices de perdas são baixos em virtude do tamanho dos frutos (MEDEIROS et al., 2011).

Figura 1- Melão cantalupensis.

Fonte: Adaptado de Embrapa (2019).

3.5.1 Importância comercial, composição nutricional e partes do melão

O cultivo do melão (Cucumis melo L.) vem elevando-se de maneira notória no Brasil, com destaque para os estados do Rio Grande do Norte e Ceará (CEPEA, 2017). Em 2017, a produção de melão no Rio Grande do Norte foi correspondente a aproximadamente 55% da produção no Nordeste, com um volume 345.000 toneladas, segundo dados divulgados pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) em 2018.

O melão é constituído por cinco partes, sendo elas; o epicarpo, mesocarpo, endocarpo, placenta e sementes (Figura 2).

Fonte: Repositório digital da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz1

Nos estudos de Marcheto et al. (2008), durante o despolpamento, um melão convencional apresenta um rendimento de 48,9% em polpa (endocarpo) conforme apresentado na Tabela 2.

Tabela 2- Resultados dos rendimentos do melão.

Partes do melão Percentual (%)(peso/peso)

Polpa 48,9

Casca 49,4

Semente 1,7

Porcentagem total de perdas (casa + sementes) 51,1 Fonte: Adaptado de Marcheto et al. (2008)

O fruto é normalmente apreciado in natura, como ingrediente de saladas de frutas e na forma de suco. A composição centesimal média da polpa do melão é apresentada na Tabela 3.

Tabela 3- Composição nutricional centesimal média do melão cru.

Componente Quantidade por 100g

Energia (kcal) 29,0 Umidade (%) 91,5 Carboidrato (g) 7,0 Lipídios -- Proteínas (g) 0,9 Fibra alimentar (g) 0,4 Cinzas (g) 0,5

Fonte: TACO–Tabela brasileira de Composição de Alimentos (TACO, 2011)

3.5.2 Compostos bioativos

O melão Cantaloupe se apresenta como uma fonte vegetal de carotenoides (CAVALCANTI, 2018). Sua polpa tem sabor doce, aroma característico, e sua coloração é similar ao salmão (MATTIETI et al., 2012). Os benefícios nutricionais desses frutos são devido à presença de vitaminas A e C. Além disso, são fontes significativas de outros nutrientes, como carboidratos, fibras, cálcio, iodo, fósforo, potássio além da presença de pectina e fibras solúveis, as quais auxiliam no controle dos níveis de colesterol no sangue. Apresenta ainda Niacina, que atua contra problemas dermatológicos (RODRIGUEZ et al., 2008).

3.6 FARINHAS

Segundo a Agência Nacional de Vigilância Sanitária farinhas “são os produtos obtidos de partes comestíveis de uma ou mais espécies de cereais, leguminosas, frutos, sementes, tubérculos e rizomas por moagem e ou outros processos tecnológicos considerados seguros para produção de alimentos” (BRASIL, 2005).

3.6.1 Aplicação de farinha de limão como ingrediente

De acordo com Thomaz et al. (2012), atributos como o “sabor” e "aroma" são, certamente, as características mais importantes que influenciam as propriedades sensoriais de produtos alimentícios adicionados de ingredientes diferenciados. Estes autores ainda verificaram que dentre as amostras de cookies analisadas, a mais aceita, considerando o “sabor”, foi aquela adicionada de 1% de farinha de casca de limão. No estudo realizado por Santos et al. (2016) notou-se que biscoitos elaborados com adição em 2 % de farinha da casca de limão foram bem aceitos pelos participantes da análise, pois 71 % dos provadores demonstraram que talvez comprassem enquanto cerca de 21 % disseram que certamente comprariam

3.6.2 Farinha de limão Tahiti

Produtos elaborados a partir partes totais ou parciais do limão, como a farinha de limão Tahiti, representa uma rica fonte de flavonoides naturais e dispõem de uma elevada concentração de compostos fenólicos (SANTOS et al., 2016). Santos et al. (2016), verificaram que a farinha de limão Tahiti apresentou elevados teores de atividade antioxidante (75,5% SRL)

e polifenóis totais (376,3mg.100g-¹). No mercado, já se encontram farinhas de limão, como mostrado nas Figuras 3 e 4.

Fonte: Chá e Cia (2019)

Figura 4- Farinha de limão disponível em sachê.

Fonte: Bem natural (2019)

4. CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO

4.1 FLUXOGRAMA

Na Figura 5 são apresentadas as etapas do processo de produção do sorvete proposto neste trabalho. Posteriormente, cada uma das etapas será detalhada.

Figura 5- Fluxograma do processamento do sorvete

4.1.2 Recepção de matéria-prima

Nesta etapa, toda a mercadoria recebida será pesada em uma balança tipo plataforma ( Figura 6) em ambiente arejado, fresco e livre de radiação solar exposta. Com base na RDC nº 326/1997, a água deverá ser potável e seu reservatório deverá ser mantido limpo (BRASIL, 1997). Na recepção, as frutas serão pesadas e selecionadas quanto ao seu ponto de maturação. Frutas sem condição de despolpamento devem ser dispensadas neste momento.

Figura 6-Balança tipo plataforma.

Fonte: Zip Automação (2019)

4.1.3 Higiene e sanitização do melão

Após a seleção, os melões serão inseridos no lavador de escovas (Figura 7), cuja principal função é a retirada da matéria orgânica presente na superfície da casca do fruto. Além disso, a remoção da matéria orgânica garantirá a ação do sanitizante na próxima etapa, visto que a eficiência dessa operação é inversamente proporcional à quantidade de matéria orgânica presente no meio (BAPTISTA, 2003).

.

Fonte: Máquinas Musquito (2019) Figura 7- Lavador de vegetais com escova.

Depois da pré-lavagem ocorrerá à lavagem, a fim de garantir a eliminação, até os níveis sanitários seguros, de microrganismos deteriorantes ou patogênicos que possam estar presentes no melão, como, bactérias, fungos, parasitas e vírus (COELHO, 2015). Essa fase do processo ocorrerá no tanque de imersão automática (Figura 8), onde os frutos serão submersos em solução clorada a 200 ppm (partes por milhão). A lavagem ocorrerá a 5º C por 15 minutos com o objetivo de submeter o fruto a um pré-resfriamento (GOMES et al.,2006).

Fonte: Máquinas Musquito (2019)

4.1.4 Descascamento do melão

Após a sanitização, as frutas serão cortadas e descascadas em descascadores de melão manual (Figura 9).

Figura 9- Descascador manual de melão. A: Descascador manual. B: Descascador em uso.

Fonte: Adaptado de Torgpark (2019).

A B

4.1.5 Despolpamento do melão

O despolpamento tem o objetivo de retirar a polpa da fruta e separa-la das sementes, das partes fibrosas e dos restos das cascas (MAPA, 2000). O refinamento e o despolpamento do melão ocorrerão simultaneamente em duas despolpadeiras com capacidade para 800 kg/h de produção (Figura 10).

Figura 10- Despolpadeira

Fonte: Maxmachine (2019)

4.1.6 Pesagem dos ingredientes

Os ingredientes serão previamente pesados em uma balança tipo digital (Figura 11), visando à padronização da calda.

Figura 11-Balança eletrônica digital.

Fonte: Bivolt (2019)

4.1.7 Pasteurização e Homogeneização

De acordo com a Resolução específica, gelados comestíveis bem como preparados para gelados comestíveis que contenham leite, derivados ou constituídos de leite deverão ser

submetidos ao processo de pasteurização (BRASIL, 2003). Esse processo ocorrerá em duas mini plantas de pasteurização específicas para produção de sorvetes. Nesta etapa, os ingredientes líquidos (água, creme de leite e polpa de melão) serão adicionados inicialmente aos tanques. Neste momento, o agitador mecânico é acionado. Posteriormente, ao atingir uma temperatura entre 45 e 50 °C, são adicionados os ingredientes sólidos (farinha de limão, estabilizantes, açúcar e leite em pó), os quais deverão ser previamente misturados para evitar a formação de grumos ao entrarem em contato com o líquido (DUAS RODAS, 2019).

A calda será pasteurizada com o objetivo de destruir os microrganismos patogênicos presentes na mistura, garantindo assim a segurança microbiológica do sorvete. A capacidade de pasteurização de cada planta (Figura 12) é de até 1200 litros de calda/h. No aquecimento, a temperatura da calda deverá atingir 84ºC permanecendo nesta faixa por 5 minutos.

Figura 12- Mini planta de pasteurização.

Fonte: Finamac (2019)

Após a pasteurização, a bomba de circulação é acionada para movimentar a mistura pelo Homogeneizador da planta de pasteurização. Este processo tem como objetivo reduzir o tamanho dos glóbulos de gordura, conferindo suavidade ao produto e permitindo que as proteínas dos lácteos cubram a superfície dos glóbulos, prevenindo que ocorra sua separação posterior, o que elevaria a viscosidade da calda. A homogeneização confere um corpo mais suave e uma melhor textura ao sorvete congelado, facilitando a ação dos agentes estabilizantes sobre a superfície das partículas da emulsão (TECNOHOMO, 2019)

4.1.8 Resfriamento

Após a homogeneização, a mistura circula pelo trocador de calor a fim de baixar a temperatura de 80ºC até 4ºC e conduzir a mistura pasteurizada até às tinas de maturação.

O rápido resfriamento evitará que a calda fique muito viscosa, o que pode ocasionar a diminuição da suavidade do derretimento do sorvete na boca do consumidor (DUAS RODAS, 2019).

4.1.9 Maturação

A calda resfriada permanecerá maturando por 10 horas. A maturação será feita em 6 tanques de maturação, onde a temperatura será de 4°C durante todo o período, tendo cada tanque a capacidade de armazenar até 1050 Litros de calda (Figura 13). Nesta etapa, ocorrerá a cristalização da gordura, hidratação das proteínas e dos estabilizantes, bem como a incorporação dos flavors da polpa de fruta o que contribui para a melhor absorção de ar durante o batimento e congelamento, causando uma maior resistência ao derretimento. (DUAS RODAS, 2009).

Figura 13- Tanque de maturação

Fonte: Polosul (2019)

4.1.10 Aeração

A incorporação do ar será realizada em duas produtoras de sorvete contínuas (Figura 14) com capacidade produtiva de 900 L/h cada, com o produto saindo destes equipamentos a uma temperatura de -6°C. Nessa etapa ocorre a incorporação de ar devido à rápida agitação da mistura e do congelamento, com cerca de 40% da água presente na calda sendo congelada durante este processo. O objetivo desta etapa é fazer com que o sorvete tenha suavidade no corpo, boa textura e overrun (incorporação de ar). O sorvete deverá estar parcialmente fluido para adquirir o formato da embalagem, antes de ser completamente congelado a uma faixa de temperatura entre -26 e -30ºC na etapa de endurecimento.

Figura 14- sorveteira contínua.

Fonte: Finamac (2019).

4.1.11 Envase

Na saída da produtora, o sorvete será canalizado para a enchedora de copos automática tipo esteira (Figura 15) que será responsável pelo envase do produto. A embalagem utilizada será de polipropileno para sorvetes de 1 litro tendo o recipiente as dimensões de 6 cm de altura, 11,4 cm de largura e 18 cm de comprimento (Figura 16).

Figura 15-Enchedora de copos automática

Figura 16- Pote de polipropileno de 1L para sorvetes

Fonte: Embalagem Ideal (2019)

4.1.12 Endurecimento

O sorvete envasado será levado para um túnel de congelamento (Figura 17), dando continuidade ao processo de congelamento do produto. O equipamento responsável por este processo possui isolamento também no piso, com seus evaporadores sendo posicionados para direcionar toda a carga térmica para o produto armazenado. O ar interno é mantido em temperaturas entre -26 e -30ºC, formando o ambiente ideal para congelar o sorvete (WEB CONTINENTAL, 2019). Aqui, o produto envasado permanecerá por no mínimo 24h para garantir que no mínimo 80% da água (40% desta etapa somado aos 40% congelados da etapa de aeração) presente na mistura do sorvete seja congelada.

Figura 17- Esquema do túnel de congelamento.

Fonte: Web Continental (2019)

4.1.13 Armazenamento

Depois de pronto, a armazenagem do sorvete será realizada em condições adequadas para que ele não perca qualidade, em temperatura igual ou inferior a -18°C na câmara de distribuição.

4.1.14 Distribuição

A distribuição do produto será realizada em um veículo refrigerado (Figura 18) com faixa de temperatura não maior do que -20 ºC para a manutenção das características do produto (PIERRE et al., 2017). Este veículo irá dispor de evaporadores internos e um compressor. Sua carroceria será isolada termicamente, sendo confeccionada com poliuretano, um material de elevada resistência (T.A. REFRIGERAÇÃO, 2019), capaz de suportar faixas críticas de até -38ºC, permitindo que os sorvetes sejam transportados dentro da faixa de segurança estabelecida.

Figura 18-Veículo refrigerado.

Fonte: T.A. Refrigeração (2019) 4.2 LAYOUT SIMPLIFICADO

O projeto do layout simplificado (Figura 19) foi feito tendo como base as Resoluções RDC n° 275, de 21 de outubro de 2002, que dispõe do regulamento técnico de procedimentos operacionais padronizados (POP’S) aplicados aos estabelecimentos produtores/industrializadores de alimentos; lista de verificação das boas práticas de fabricação nos estabelecimentos; e RDC n° 267, de 25 de setembro de 2003, que dispõe sobre o regulamento técnico de boas práticas de fabricação para estabelecimentos industrializadores de gelados comestíveis. De acordo com estas duas normas, as operações do processamento deverão correr em fluxo ordenado, linear, sem cruzamentos, evitando, dessa forma, o risco de

contaminação cruzada. A partir disso, o layout proposto dispõe de área para o recebimento das matérias-primas e embalagens, bem como de locais específicos para seu armazenamento. Uma única entrada para a área de produção foi projetada, onde os manipuladores de alimentos, necessariamente, deverão passar pelo setor de higienização das mãos e dos sapatos antes de terem acesso à produção. As operações administrativas serão separadas da área de produção, bem como os banheiros e vestiários. O produto seguirá um fluxo linear durante toda a linha de produção.

Fonte: Autor (2019)

4.2.1 Descrição do Layout simplificado

1. Entrada de funcionários: Este local inicia o acesso à área produtiva. Figura 19-Layoult Simplificado.

2. Barreira sanitária: Neste local, haverá um lava-botas, escova, pia para lavagem de mãos e equipamentos de proteção individuais (epi’s) para uso na área de manipulação.

3. Pesagem da matéria-prima: Neste local tem-se a pesagem de todos os componentes que farão parte do produto.

4. Almoxarifado: Neste local é realizado o armazenamento de todo material indispensável para a produção.

5. Sala de embalagens: Neste local ficam armazenadas todas as embalagens.

6. Entrada de matéria-prima: Neste local tem-se a entrada de todos os insumos utilizados para produção do sorvete.

7. Área de recebimento: Nesta área, os veículos com insumos são descarregados.

8. Sala de pasteurização: Neste local todo o processo de pasteurização do produto é realizado. 9. Câmara fria de recebimento: Neste local ficarão armazenados os insumos que exigem temperatura de refrigeração.

10. Câmara de distribuição: Com o produto pronto, será nesta sala realizada a sua distribuição. 11. Área de distribuição e abastecimento: Neste local, os veículos refrigerados serão

abastecidos de produtos que estarão armazenados na câmara de distribuição.

12. Sala de controle: Daqui serão lançadas as ordens de produção e armazenadas as fichas de produção.

13.Vestiário feminino: Este local terá armários e os chuveiros para as colaboradores do sexo feminino.

14.Vestiário masculino: Este local conta com armários e os chuveiros para os colaboradores do sexo masculino.

15. Controle de qualidade: Tem-se neste local a sala de controle de qualidade, onde serão realizados testes para assegurar a qualidade do produto.

16. Higienização: Neste local ocorre a higienização dos utensílios.

17. Sala de envase: Após sair das produtoras, o sorvete canalizado para esta sala onde será envasado pela enchedora de potes.

18. Túnel de congelamento: Após o envase, o produto será encaminhado para este equipamento para ser congelado (endurecido).

19. Sala do lixo: Todos os resíduos serão encaminhados para esta sala. 20. Casa do gerador: Este local abrigará o gerador de energia.

4.3 BALANÇO DE MASSA

Para o cálculo do balanço de massa, estipulou-se um processamento diário de 9000 litros de sorvete resultando em 9000 potes com cada pote contendo 1 litro de sorvete. Este volume de produção foi baseado nas capacidades produtivas dos equipamentos escolhidos para a fabricação do sorvete. Nesse processo, o balanço de massa será realizado nas etapas de beneficiamento do melão (descascamento e despolpamento), pasteurização e aeração da calda, já que são as únicas etapas em que a taxa de acúmulo de material é diferente de 0. Não será realizado balanço de massa para as demais etapas uma vez que a taxa de acúmulo de material é nula. Perdas ocasionais em tubulações e transferências não foram consideradas, e, portanto não foram incluídas nos cálculos. Em virtude da capacidade das produtoras de sorvetes ser de até 9000 litros de sorvete por hora, essa produção será dividida em 6 bateladas sendo produzido em cada uma 1500 litros de produto (750 litros em cada produtora). Dessa forma, o balanço de massa será baseado na produção de 1 batelada (Equação 4.1).

1𝑏𝑎𝑡 ×=𝑃 6

(4.1)

Onde;

P = produção diária de sorvete (kg)

bat =quantidade mássica por batelada (kg/h) h = unidade de tempo (hora)

4.3.1 Cálculo da quantidade mássica de produto

De acordo com a Resolução nº 266 de 22 de setembro de 2006, os gelados comestíveis devem apresentar uma densidade aparente mínima de 475 gramas por litro (BRASIL, 2005). Portanto, este produto terá uma densidade aparente de 500 gramas por litro. Para prosseguir com o balanço de massa, é necessário converter as vazões que estão em unidades de volume para unidades mássicas. Daí tem-se a Equação 4.2:

𝜌 =

𝑚

𝑣

𝜌= densidade do sorvete (kg/L)

Rearranjando a Equação 4.2, e inserindo os valores de entrada, tem-se: 𝑚 = 𝜌 × 𝑣

𝑚 = 0,500𝑘𝑔

𝐿 × 9000𝐿

𝒎 = 𝟒𝟓𝟎𝟎 𝒌𝒈 (Peso da calda de sorvete a ser processada em uma produção) Substituindo os valores obtidos através de 4.2, na Equação 4.1, tem-se a quantidade mássica de calda produzida por batelada (bat):

1𝑏𝑎𝑡 × ℎ =4500𝑘𝑔 6 𝒃𝒂𝒕 = 𝟕𝟓𝟎𝒌𝒈

𝒉

4.3.2 Percentual de farinha de limão Tahiti, estabilizantes e polpa de melão

Baseando-se nos estudos de Santos et al. (2016) e Thomaz et al. (2012), verificou-se que as formulações de produtos elaborados com 1% de adição de farinha de limão foram melhor avaliadas sensorialmente. Assim, neste produto será adicionada essa mesma quantidade de farinha de limão com o intuito de atribuir aspectos sensoriais.

Já o melão, principal ingrediente deste produto tem 91,5 % de teor de umidade (TBCA, 2010), podendo este ingrediente também ser aproveitado para compor parte da fase líquida da emulsão. O percentual de polpa de melão a ser usado neste produto será de 50,50 %, o qual se baseou na receita disponível no site da fabricante de ingredientes Selecta (SELECTA, 2019).

A adição de estabilizantes, segundo Milliatti (2013), deve ser entre 0,2% a 1% do peso da calda. Acima desse limite, há o risco de que o sorvete fique muito aerado e o sabor fique amargo (MILLIATTI, 2013). Assim, a calda desse sorvete terá 1 % de seu percentual mássico em estabilizantes.

4.3.3 Balanceamento da calda

O primeiro passo no balanceamento da calda consiste em estabelecer qual a composição final que se pretende alcançar no sorvete (SELECTA, 2019).

Baseando-se nas composições apresentadas na Tabela 1, determinou-se que a composição a ser obtida para este sorvete de melão com farinha de limão será de: 5 % em gordura, 14 % de sólidos não gordurosos, 13 % açúcar, e 32 % em sólidos totais.

características de composição de interesse no processo como teores de gordura, sólidos não-gordurosos (SNG), açúcar, sólidos totais e água, seguem listados na Tabela 4.

Tabela 4- Ingredientes para elaboração do sorvete de melão adicionado de farinha de limão e

suas características de interesse no processo.

Ingredientes Gorduras (%) SNG (%) Açúcar (%) Sólidos Totais (%) Água (%)

Polpa de melão¹ 0 8,5 0 8,5 91,5 Água² 0 0 0 0 100,0 Açúcar² 0 0 100,0 100,0 0 Leite em pó integral² 28,0 72,0 0 100,0 0 Creme de leite¹ 18,0 7,3 0 25,3 74,7 Estabilizantes² 8,2 91,8 0 100,0 0

Farinha de limão tahiti³ 0 86 0 86 14,0

Fonte: Autor (2019)

¹Tabela Brasileira de composição de alimentos (TBCA, 2011)2_;

²Selecta Ingredientes (SELECTA, 2019); ³Ishimoto et al.2007 (ISHIMOTO, 2007).

Para que se obtenham os valores mássicos de cada ingrediente na formulação do sorvete, foi esquematizado o balanço de massa global, conforme ilustra a Figura 20. Nele, foi considerando que a massa que sai do tanque de pasteurização é igual a massa que entra no tanque de maturação, sendo, portanto, desnecessário o balanço de massa neste equipamento.

2 _{Disponível em: < https://www.usp.br/forc/pagina-difusao.php?t=TBCA-USP&pagina=111>. Acesso em: 24} abr. 2019.

Figura 20- Balanço de massa global

Fonte: Autor (2019)

Na figura 20, M é o melão inteiro; RC é a casca; MD é o melão sem casca; RS é a semente;

MP é a polpa de melão; FL é a farinha de limão; LP é o leite em pó; CL éo creme de leite; AC o

açúcar; AG a água; ES é o estabilizante; mAR é massa do ar incorporado ao sorvete; SA é o sorvete aerado.

4.3.4 Balanço de massa no beneficiamento do melão

Sabendo que a quantidade em percentual de polpa (M_P) na calda de sorvete será de 50,5 por cento (item 4.3.2) e que em uma batelada (bat) serão produzidos 750 kg de calda (Mc), (item

4.3.1) é possível obter a massa da polpa de melão para produzir uma batelada através da Equação 4.3:

MP = MC× 0,505

M_P=750 kg×0,505

𝐌_𝐏= 378,75 kg/bat (peso da polpa a ser a ser adicionada na calda)

(4.3)

A partir do valor encontrado para a polpa de melão (M_P), esquematizou-se o balanço de massa para o beneficiamento completo do fruto neste processo, conforme ilustra a Figura 21.

Figura 21-Balanço de massa no beneficiamento do melão.

Fonte: Autor (2019)

Na figura 21, M é massa do melão inteiro, RC é a massa da casca, MD a massa do melão descascado, RS a massa de sementes e MP a massa da polpa. Considerando que a polpa (MP)

corresponde a 48,9% do peso do melão inteiro (M) (MARCHETO et al., 2008), por meio da Equação 4.4 é possível encontrar a quantidade em massa de melões inteiros a serem utilizados no processo:

M_P= 0,489×M M = 378,75 kg/ 0,489

M = 774.53 kg (peso do melão inteiro a ser processado em uma batelada)

(4.4)

4.3.5 Balanço de massa no descascador

A partir dos valores obtidos, pode-se esquematizar o balanço de massa no descascador como mostrado na Figura 22.

Figura 22- Balanço de massa no descascador.

Na figura 22, M é o melão inteiro; RC é a casca e MD é o melão descascado. De acordo com Marcheto et al. (2008), a casca representa 49,4 % do peso do melão durante seu processamento. Dessa forma, é possível estimar a massa de resíduos gerados pela casca (RC) a

partir da Equação 4.5:

RC = M ×0,494

RC =774,53kg ×0,494

RC = 382,62 kg (peso da casca gerada)

(4.5)

A partir daí, também é possível calcular a massa de melão descascado (MD) que sai desta etapa utilizando a Equação 4.6:

MD = M-Rc

MD = (774,53-382,62) kg

MD = 391,91 kg (peso do melão descascado)

(4.6)

4.3.6 Balanço de massa na despolpadeira

A partir dos valores obtidos, pode-se esquematizar o balanço de massa na despolpadeira como mostrado na Figura 23.

Figura 23- Balanço de massa na despolpadeira.

Fonte: Autor (2019)

Na Figura 23 MD é o melão descascado; RS é a semente e MP é a polpa do melão.

Utilizando os valores encontrados em 4.3 e 4.6, pode-se encontrar o peso das sementes por meio da Equação 4.7:

RS = MD−MP

RS = (391,9-378,75) kg

RS= 13,15 kg (peso das sementes extraídas na despolpadeira)

(4.7)

4.3.7 Balanço de massa no tanque de pasteurização

A partir dos valores obtidos, pode-se esquematizar o balanço de massa no tanque de pasteurização conforme a Figura 24.

Figura 24- Balanço de massa no tanque de pasteurização

Fonte: Autor (2019)

Na figura 24, MP é a polpa de melão; AG é a água; AC é o açúcar; FL é a farinha de limão;

CL é ocreme de leite; LP é o leite em pó; ES é o estabilizante; Mc é a calda. Considerando que

o percentual de açúcar, estabilizantes e farinha de limão já foram pré-estabelecidos (item 4.3.3) em 13%, 1% e 1% respectivamente, é possível encontrar a quantidade destes ingredientes de forma direta através das equações (4.8-4.10) abaixo:

AC=0,13×MC ES=0,01× MC FL=0,01× MC (4.8) (4.9) (4.10)

Como a massa de calda (MC) já foi obtida em 4.1, (750kg/bat), pode-se aplicá-la nas

Para o açúcar (AC):

AC = 0,13 x 750 kg

AC = 97,5 kg (peso do açúcar a ser adicionado na calda) Para o estabilizante (ES)

ES = 0,01× 750 Kg

ES = 7,5 kg (peso do estabilizante a ser adicionado na calda) Para a farinha de limão (FL):

FL = 0,01× 750 Kg

FL = 7,5 kg (peso da farinha de limão a ser adicionado na calda)

Como a massa de polpa de melão (MP) necessária para uma batelada já foi obtida na Equação 4.3 (378,75 kg) pode-se representar o balanço de massa no tanque de pasteurização na Equação 4.11:

∑ENTRA =∑SAI MP+FL+LP+CL+AC+AG+ES=MC

(4.11)

378,75kg+7,5kg+7,5kg+97,5kg+AG+CL+LP = 750 kg

Daí, obtém-se a Equação 4.12

AG+CL+LP = 258,75 kg (4.12)

4.3.8 Balanço de massa para a fração de gordura (xg)

Para se encontrar os valores do creme de leite (CL) e leite em pó integral (LP), será

realizado, inicialmente, um balanço de massa por componente de gordura (xg) no tanque de

pasteurização. Sabendo que a fração mássica de gordura (xg) na calda é de 0,05 (item 4.3.3) e

utilizando as frações de gordura em cada ingrediente disponíveis na Tabela 4, foi possível chegar a Equação 4.13:

∑gordura ENTRA =∑gordura SA𝐈

PM× xg +FL× xg +LP× xg +CL× xg +AC× xg +AG× xg +ES× xg =PM× xgkg

(378,75kg ×0)+(7,5kg ×0,082)+(7,5kg ×0)+(97,5kg ×0)+(AG×0)+(CL×0,18)+(LP×0,28) =(750× 0,05)

(4.13) 0,615kg + 0,18 CL + 0,28 LP =37,50kg

0,18 CL + 0,28 LP = 36,88 kg (4.14)

4.3.9 Balanço de massa para a fração de sólidos não-gordurosos (xsng)

Utilizando os percentuais de sólidos não gordurosos (SNG) em cada ingrediente disponíveis na Tabela 5 e multiplicando pelas massas conhecidas dos ingredientes no balanço de massa no tanque de pasteurização, tem-se a Equação 4.15.

∑solidos não gordurosos ENTRA =sólidos não gordurosos SA𝐈

PM× xsng +FL× xsng +LP× xsng +CL× xsng +AC× xsng +AG× xsng +ES× xsng =PM× xsngkg (4.15)

Substituindo as variáveis pelos valores já conhecidos, tem-se;

378,8×0, 0850+7,5×0,86+7,5×0,918+97,5×0+AG×0+CL×0,073+LP×0,72= (750×0,14) kg Daí, obtém-se a Equação 4.16:

0,073CL+0, 72 LP = 73,6 kg (4.16)

4.3.9.1 Calculo da massa de creme de leite, leite em pó e água

Por meio das Equações 4.14 e 4.16 pode-se montar um sistema linear simples (Equação 4.17) de duas incógnitas (LP e LC);

0,18 C_L + 0,28 L_P= 37,1 kg

0,073C_L + 0, 72 L_P = 73,6 kg (4.17) Cuja a solução é dada por:

LP = 96,6 kg (massa de leite em pó integral)

CL = 55,8 kg (massa de creme de leite 18% de gordura)

Aplicando os valores encontrados para o leite em pó (LP) e o creme de elite (CL) na Equação 4.12, foi possível encontrar a massa de água (AG) a ser usada na formulação.

96,6kg+55,8kg+AG = 258,7 kg

Daí,

Através dos valores obtidos acima, foi desenvolvida a formulação apresentada na Tabela 5.

Tabela 5-Formulação e quantidades de ingredientes para a produção de sorvete de melão

adicionado de farinha de limão.

Ingrediente Percentual (%) Quantidade para 1 batelada (kg) Quantidade para 1 produção completa (6 bateladas) (kg) Polpa de melão 50,50 378,50 2272,50 Água 14,20 106,30 639,00 Açúcar 13,00 97,50 585,00 Leite em pó integral 12,88 96,60 579,60 Creme de leite 7,44 55,80 334,80 Farinha de limão 1,00 7,50 45,00 Mix de estabilizantes 1,00 7,50 45,00 Total 100,00 750,00 4500 Fonte: Autor (2019)

Por meio dos balanços de massa realizados e utilizando as proporções listadas na Tabela 6, foi possível calcular as quantidades mássicas dos componentes do sorvete como mostrado na Tabela 6 a seguir.

Tabela 6- Quantidades mássicas dos ingredientes do sorvete de melão adicionado de farinha

de limão

Ingrediente Percentual (%) Gordura (%) SNG(%) Açúcar (%) Sólidos Totais (%)

Polpa de melão1 _{50,5 0 7,5 0 7,5} Água1 _{14,2 0 0 0 0} Açúcar1 _{13,0 0 0 100 100,0} Leite em pó integral1 _{12,9 28,0 72 0 100,0} Creme de leite1 _{7,4 18,0 7,3 0 25,0} Farinha de limão3 _{1,0 0 86 0 86,0} Mix de estabilizantes2 _{1,0 8,0 91,8 0 100,0} Total 100,0 5,0 14,0 13,0 32,0 Fonte: Autor (2019)

1_{Tabela brasileira de composição de alimentos (TACO, 2011)} 2_{Selecta ingredientes (SELECTA, 2019)}

4.3.10 Balanço de massa por nutrientes

Para o cálculo da quantidade percentual de nutrientes, considerou-se uma porção de 100g de sorvete, em que as proporções foram baseadas nos valores apresentados na Tabela 6. A Tabela 7 apresenta os as quantidades de nutrientes presentes em 100 gramas de cada ingrediente.

Tabela 7- Composição centesimal dos ingredientes do sorvete (quantidade em 100g).

Ingrediente Carboidratos (g) Gorduras totais(g) Gorduras saturadas(g) Gorduras trans(g) Proteínas(g) Fibras (g) Sódio (mg) Melão¹ 7,00 0 0 0 0,70 0,30 16,00 Açúcar¹ 99,60 0 0 0 0,30 0 0 Água¹ 0 0 0 0 0 0 5,00 Leite em pó¹ 38,00 28,00 17,00 0 25,40 0 371,00 Creme de leite¹ 3,66 18,00 12,20 0 2,70 0 40,00 Estabilizantes ² 91,80 0 0 0 0,70 0 152,00 Farinha de limão³ 42,00 0 0 0 0,10 42,00 17,00 Fonte: Autor (2019)

¹Tabela brasileira de composição de alimentos (TACO, 2011) ²Selecta ingredientes (SELECTA, 2019)

³ Ishimoto et al.2007 (ISHIMOTO, 2007)

Com base nos valores apresentados na Tabela 7, e utilizando as proporções de ingredientes apresentadas na Tabela 6, foram realizados os balanços de massa para cada nutriente em 100g de sorvete conforme as Equações (4.18-4.26) abaixo:

∑𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 ENTRA = ∑𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 SAI Carboidratos: (50,50×0,07)+(13×0,996)+(14,57×0)+(13,30×0,38)+(6,62×0,036)+(1×0,918)+(1×0,42) )=∑𝐒𝐀𝐈 ∑Carboidratos= 23,11g (4.18) Gorduras totais: (50,50×0)+(13×0,)+( 14,20×0)+( 12,88×0,28)+( 6,62×0,18)+(1×0,082)+(1×0)=∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Gordutas totais=5,13g (4.19) Gorduras saturadas: (50,50×0)+(13×0,)+( 14,57×0)+( 13,30×0,28)+( 6,62×0,18)+(1×0,082)+(1×0)=∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Gordutas saturadas =2, 90g (4.20)

Gorduras trans: (50,50×0)+(13×0)+( 14,57×0)+( 13,30×0)+( 6,62×0)+(1×0)+(1×0)=∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Gordutas trans = 0 (4.21) Proteínas: (50,50×0,0067)+( 13×0,003)+( 14,57×0)+(13,30×0,254)+( 6,62×0,0270)+(1×0,007)+(1×0,001) =∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Proteínas = 4,06g (4.22) Fibras: (50,50×0,003)+( 13×0)+( 14,57×0)+( 13,30×0)+( 6,62×0,)+(1×0)+(1×0,42) ) =∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Fibras = 0,62g (4.23) Cinzas: (50,50×0,003)+( 13×0)+( 14,57×0)+( 13,30×0,012)+( 6,62×0,005)+(1×0)+(1×0,024) =∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Cinzas = 0,47g (4.24) Sódio: (50,50×0,003)+( 13×0)+( 14,57×0)+( 13,30×0,012)+( 6,62×0,005)+(1×0)+(1×0,024) =∑𝐒𝐀𝐈 ∑ Sódio = 66 mg (4.25) Agua: (23,11+5,13+4,06+0,62+0,47+0,0066 g)+ Agua= 100g Água = 66,13g (4.26)

4.3.11 Balanço de massa na produtora de sorvetes

O balanço de massa na produtora de sorvetes é representado de acordo com a Figura 25. Figura 25-Balanço de massa na produtora de sorvetes.

Fonte: Autor (2019)

Na Figura 25, Mc é a massa da calda; mAR é a massa de ar a ser incorporado a calda; VSA

é o volume do sorvete aerado na saída do equipamento.

Para realizar o balanço de massa na produtora de sorvetes é necessário que sejam feitas algumas considerações. O volume de sorvete (VSA) a ser produzido por batelada é de 1500 litros.

De acordo com Raffainni et al. (2003), overrun é determinado pela relação entre o volume do sorvete aerado (pós o batimento) e pelo volume da calda de antes do batimento. Com base nas considerações acima, tem-se abaixo a Equação 4.27.

Var =𝑉_𝑆𝐴 − 𝑉𝑐 (4.27)

Em que;

Var = volume de ar incorporado

VC = volume a calda antes de entrar na produtora

𝑉_𝑆𝐴 = Volume de sorvete aerado

De acordo com Oliveira et al. (2008), em uma linha industrial, considera-se que cada litro de calda corresponde a 1kg da mesma. Como o volume de calda na produtora foi de 750L e produzidos, a partir desta quantidade de calda, 1500L de sorvete, tem-se que;

Var= (1500 - 750)L/bat

Var = 750 L/bat (volume de ar incorporado a calda)

Segundo a fabricante da produtora de sorvetes utilizada neste processo, a Finamac (FINAMAC, 2019), para que o sorvete comece a incorporar ar durante seu batimento no equipamento, a pressão interna do cilindro deverá chegar a 3 vezes a pressão atmosférica (3bar). De acordo com Picard et al. (2008), a densidade do ar pode ser obtida usando a lei dos gases ideais, expressa como função da temperatura e da pressão, como mostrado na Equação 4.28: 𝜌 = 𝑃 𝑅𝑒× 𝑇 (4.28) Em que; ρ = densidade do ar (kg/m³) P = Pressão absoluta (Pa)

Re = constante específica de calor do gás (287,058 J/(kg·K)). T = temperatura absoluta em Kelvin (K)

Convertendo o valor da pressão do batimento, conforme a especificação do fabricante (3bar) e substituindo o valor da temperatura da calda na saída da produtora (-6ºC) nas equações 4.28 e 4.29, em temperatura e pressão absolutas, tem-se:

3×105 _{= 300000 Pa (4.30)}

Inserindo os valores obtidos em 4.29 e 4.30, em 4.28, tem-se

ρ= 300000 PA

287,058J/(kg. K) × 267,15K

𝛒 = 𝟑, 𝟗𝟏𝐤𝐠/𝐦³(Densidade do ar incorporado ao sorvete a -6ºC e 3 atm)

Como a massa (m) corresponde ao produto da densidade (𝜌)e do volume (v) e sabendo que o volume de ar incorporado é de 750L/bat (4.23), pode-se calcular a massa de ar incorporado (m_AR) ∶

m_AR = ρ × v

m_AR = 3,91kg

m³× 0,750m

3_/bat

𝐦_𝐀𝐑= 2,93 kg/bat (massa de ar incorporado a calda na produtora) Como,

∑ENTRA =∑SAI Então,

Massa do sorvete = (750+2,9325) kg/bat

Massa do sorvete = 752,9325 kg/bat

A partir do balanço de massa na produtora de sorvete foi possível confirmar que o peso de sorvete aerado na saída da sorveteira é de aproximadamente 752,9325 kg em cada batelada. 4.4 BALANÇO DE ENERGIA

O balanço de energia será realizado na etapa de pasteurização da calda, no trocador de calor da planta de pasteurização e nas produtoras de sorvete onde a calda proveniente dos tanques de maturação chegará a 4º C e será resfriada até -6ºC na saída do equipamento.

Como explicado no balanço de massa, a produção total foi dividida em 6 bateladas de 750 quilogramas de calda em cada. Dessa forma, a partir dos cálculos para a quantidade total de calor removido em uma batelada, será possível obter o valor da quantidade total de calor removido em uma produção completa. A planta de pasteurização e as sorveteiras foram

escolhidos serem equipamentos do processo que demandam um grande consumo de energia. Além do mais, tratam-se das etapa de maior repercussão na qualidade do produto final e mais importante do ponto de vista operacional, haja vista que estas atribuem ao produto segurança microbiológica (pasteurização), a sua principal característica, dando-lhe suavidade no corpo, boa textura, bom sabor e overrun (incorporação de ar) (DUAS RODAS, 2010).

O calor pode ser obtido por meio da 1ª Lei da Termodinâmica, que trata do princípio da conservação da energia o (MEIRELES; PEREIRA, 2013) e é representada por 4.31:

𝑄_{𝑐𝑎𝑙𝑑𝑎} = 𝑚 × 𝐶𝑝_{𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑡𝑒} × ∆𝑇

(4.31) Em que,

m = 750kg (massa da calda de sorvete processada em uma batelada)

𝐶𝑝𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑡𝑒 = calor específico do sorvete (kJ/kg°C)

∆𝑇 = variação de temperatura da calda (°C)

𝑄_{𝑐𝑎𝑙𝑑𝑎} = 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑔𝑒𝑙𝑎𝑟 𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑑𝑎 (𝑘𝑗 𝑠)

Primeiramente, deve ser feita a conversão de unidades da vazão mássica de kg/h para kg/s. Como 1 hora equivale a 3600 segundos, tem-se través da Equação 4.32 o valor convertido de quilograma por hora para quilograma por segundos.

𝑚 =750𝑘𝑔 ℎ × 1ℎ 3600𝑠 (4.32) 𝑚 = 0,21 kg/s

4.4.1 Cálculo do calor específico

Com base nos balanços de massa para os nutrientes (Eq. 4.18-4.26), verificou-se que a composição do sorvete é de aproximadamente 66,13% de umidade, 4,06% de proteínas, 23,11% de carboidratos, 0,47% de cinzas, 5,13% de lipídios e 0,62% de fibras. As equações para obtenção do calor específico destes nutrientes, as quais basearam-se nos estudos de CHOI e OKOS (1986) seguem abaixo.

Cp proteínas : 2, 0082 + 1,2089 × 10−3 T − 1,3129 × 10−6 T2 (4.33)

Cp umidade: 4,1762 + 9,0864 × 10−5 T + 5,4731 × 10−6 T2 (4.35)

Cp cinzas: 1,096 + 1,8896 × 10−3 T − 3,6817 × 10−6 T2 (4.36)

Cp fibras: 1,8456 + 1,8306 × 10−3 T − 4,6509 × 10−6 T2 (4.37)

Cp lipídios: 1,9842 + 1,4733 × 10−3 T − 4,8008 × 10−6 T2 (4.38)

CHOI e OKOS (1986) enunciaram em seus estudos que o calor específico total dos alimentos estaria relacionado com sua composição e temperatura, em que, a partir produto do calor específico e da fração mássica de um componente (Equação 4.38), pode-se obter o calor específico fornecido por este em um determinado alimento. Dessa forma, seria possível obter o calor específico total (𝐶𝑝𝑇)através da soma do produto de cada componente (Equação 4.39) por seu respectivo calor específico em uma determinada temperatura. Daí tem-se;

𝐶𝑝 =𝐶𝑝𝑖 ×𝑋𝑚 (4.39) 𝐶𝑝𝑇 = ∑ 𝐶𝑝 × 𝑋𝑚 𝑛 𝑖−1 (4.40) Onde, Cp = calor específico (kJ/kgºC)

Cpi = calor específico do componente(kJ/kgºC) CpT = calor específico total do sorvete (kJ/kgºC) Xm = fração mássica do componente.

Inserindo o valor da temperatura de entrada da mistura nos tanques de pasteurização (25°C) nas equações 4.1-4.46, calcula-se abaixo o calor específico (Cp) para cada componente. Cp proteínas : 2, 0082 + 1,2089 × 10−3 4°C − 1,3129 × 10−6 25°C2 =2,013 kJ/kg∙°C Cp carboidratos: 1,5488 + 1,9625 × 10−3 4°C − 5,9399 × 10−6 25°C2=1,5565kJ/kg∙°C Cp umidade: 4,1762 + 9,0864 × 10−5 4°C + 5,4731 × 10−6 25°C2 =4,1702kJ/kg∙°C Cp cinzas: 1,096 + 1,8896 × 10−3 4°C − 3,6817 × 10−6 25°C2 =1,1036kJ/kg∙°C Cp fibras: 1,8456 + 1,8306 × 10−3 4°C − 4,6509 × 10−6 25°C2 =1,852kJ/kg∙°C Cp lipídios: 1,9842 + 1,4733 × 10−34°C − 4,8008 × 10−6 25°C2 =1,990kJ/kg∙°C