ANÁLISE DO CONGELAMENTO DE ALMONDEGA À BASE
DE POLPA DE TILÁPIA EM FREEZER CONVENCIONAL
COM FUNÇÃO DE CONGELAMENTO RÁPIDO
E. Muzzolon
1, D.N. Konopka
2, D.C. Biassi
3, R.V. Batista
4, F.H. Poliseli-Scopel
5, E.M. Bainy
61-Graduação em Engenharia de Alimentos – Universidade Federal da Fronteira Sul, – CEP: 85.301-970
-Laranjeiras do Sul – PR – Brasil, Telefone:(42) 3635-8695 – e-mail: (luiza_muzz@hotmail.com)
2-Graduação em Engenharia de Alimentos – Universidade Federal da Fronteira Sul, – CEP: 85.301-970
-Laranjeiras do Sul – PR – Brasil, Telefone: (42) 3635-8695 – e-mail: (danielikonopka@hotmail.com)
3-Graduação em Engenharia de Alimentos – Universidade Federal da Fronteira Sul, – CEP: 85.301-970
-Laranjeiras do Sul – PR – Brasil, Telefone: (42) 3635-8695 – e-mail: (deisebiassi@hotmail.com)
4Graduação em Engenharia de Alimentos – Universidade Federal da Fronteira Sul, – CEP: 85.301970 -Laranjeiras do Sul – PR – Brasil, Telefone: (42) 3635-8695– e-mail: rubia_vianna@hotmail.com)
5-Professor Doutor em Engenharia de Alimentos- Universidade Tecnológica Federal do Paraná, – CEP: 87301-899 - Campo Mourão – PR – Brasil, Telefone: (44) 3518-1400 – e-mail: (fabioscopel@utfpr.edu.br)
6Professora Doutora em Engenharia de Alimentos Universidade Federal da Fronteira Sul, – CEP: 85.301970 -Laranjeiras do Sul – PR – Brasil, Telefone: (42) 3635-8695 – e-mail: (eduarda.bainy@uffs.edu.br)
RESUMO: O presente trabalho objetivou estudar o congelamento de almondega à base de polpa de tilápia para obtenção das curvas de congelamento, da temperatura inicial de congelamento e dos parâmetros do processo em um freezer convencional com função de congelamento rápido. Foi elaborada uma formulação de almondega utilizando subprodutos da filetagem da tilápia. A temperatura média do freezer foi de -30,6 ºC. A temperatura inicial de congelamento da almondega foi de -2,7 °C. Os tempos de congelamento para o alimento passar pela zona crítica (0 à -5 °C) e para o congelamento completo (0 à -18 °C) foram de 33,5 e 73 min, respectivamente. A velocidade de congelamento foi de 1,5 cm/h, considerado como congelamento rápido. O uso de termopares e do sistema de aquisição de dados mostrou-se um método eficiente e de fácil execução para a obtenção do perfil de congelamento e dos parâmetros do processo de congelamento.
ABSTRACT: The present study aimed to study the freezing process of meatball made from tilapia pulp to obtain the freezing curves, the initial freezing point and the process parameters in a conventional freezer with quick freeze function. A formulation using by-products from tilapia filleting was produced. The average freezer temperature was -30.6 °C. The meatball’s initial freezing temperature was -2.7 oC. The freezing times for the product to go through the critical zone (0 to -5 °C)
and to complete freezing (0 to -18 °C) was 33.5 and 73 min, respectively. The freezing rate was 1.5 cm/h and was considered as fast freezing. The use of thermocouples and a data acquisition system proved to be an efficient and a simple method to obtain the freezing curves and the freezing process parameters.
PALAVRAS-CHAVES: Oreochromis niloticus; curvas de congelamento; temperatura inicial de congelamento; tempo de congelamento; velocidade de congelamento.
KEYWORDS: Oreochromis
niloticus; cooling curves; initial freezing temperature; freezing
time; freezing rate.
1. INTRODUÇÃO
No mercado brasileiro, já se encontram produtos congelados à base de tilápia como hambúrguer, almondegas e empanados. Esses produtos podem ser produzidos a partir de carne mecanicamente separada (CMS ou polpa) da carcaça e das aparas, que são subprodutos da filetagem de tilápia, com intuito de minimizar custos e aproveitar resíduos que seriam descartados ou utilizados na alimentação animal (Kirschnik, 2007).
Com o surgimento desses produtos, métodos de conservação que poderiam ser empregados se apresentam como uma preocupação real e crescente, principalmente pela facilidade de degradação destes produtos. Um dos métodos de conservação mais utilizado para essa categoria de produtos é o congelamento. Esse método tem sido muito utilizado na indústria de carnes, devido à perecibilidade das matérias-primas e produtos assim como pela distância entre os locais de produção e centros urbanos, exigindo assim períodos de armazenamento mais prolongados para garantir a distribuição de alimentos seguros durante todo o ano (Silva, 2000). Adicionalmente, os produtos processados de pescado, como a almondega, mesmo congelada, preserva excelentes características nutricionais.
O congelamento trata-se de uma operação unitária em que a temperatura do alimento é reduzida abaixo de seu ponto de congelamento, ou seja, certa parte de sua água sofre mudança de estado formando cristais de gelo, ocorrendo a imobilização da água, concentração de solutos e diminuindo a atividade de água (Fellows, 2006). A grande vantagem do congelamento é que esse método mantém as principais características do produto, ao mesmo tempo em que prolonga a vida de prateleira dos produtos cárneos em geral, além de evitar o crescimento de microrganismos e reduzir alterações físico-químicas (Fellows, 2006).
As curvas de congelamento obtidas experimentalmente com o uso de termopares apresentam-se como um método para avaliar o processo de congelamento. Com isso, pode-se caracterizar o congelamento como rápido ou lento e ainda determinar a temperatura inicial de congelamento e os parâmetros do processo.
O objetivo principal desse trabalho foi estudar o congelamento de almondega à base de subprodutos da filetagem de tilápia (Oreochromis niloticus) em freezer convencional com função de congelamento rápido para a obtenção das curvas de congelamento, da temperatura inicial de congelamento e dos parâmetros do processo.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Produção das almondegas
A formulação consistiu de carne mecanicamente separada lavada da carcaça (CMS de carcaça) e carne mecanicamente separada das aparas do corte “V” do filé de tilápia (corte “V”), que são subprodutos provenientes da filetagem de tilápia (Oreochromis niloticus). As matérias-primas foram obtidas por doação na forma de blocos de 2 kg de um abatedouro de tilápias localizado na região oeste do Paraná.
Primeiramente, os ingredientes da formulação foram pesados. Utilizou-se uma formulação utilizada por Messias et al. (2015) com modificações, contendo 67,3% de corte “V”, 26,7% CMS, 1% de sal, 2% condimentos e 3% amido. Adicionou-se 2,5% de gelo na massa com base na porcentagem total de carne de tilápia (CMS e corte “V”). Realizou-se a homogeneização do peixe, adicionaram-se os outros ingredientes, e foi homogeneizado até a obtenção de uma massa, deixou-se descansar por um tempo de 20 minutos em temperatura de refrigeração, para que os ingredientes incorporassem sabores,
aromas e melhorasse a emulsão para a etapa de moldagem. Em seguida, modelou-se manualmente as almondegas em formatos arredondados com massa de 25 g. Os produtos foram embalados com embalagens de polietileno de baixa densidade e levados ao congelamento em freezer horizontal (H500, Eletrolux, Curitiba-PR), com função de congelamento rápido.
2.2 Obtenção das curvas de congelamento e da temperatura inicial de
congelamento
As curvas de congelamento da almondega foram obtidas utilizando um freezer horizontal (H500, Eletrolux, Curitiba - PR), com função de congelamento rápido (fast freeze). Antes dos experimentos, o freezer foi equilibrado em sua opção de congelamento rápido por 1 h. Quando a função de congelamento rápido está acionada, o freezer funciona sem interrupção e a temperatura do freezer diminui rapidamente. Cada amostra testada foi colocada no freezer individualmente, envolta em uma embalagem de polietileno de baixa densidade e dois termopares foram utilizados. Um termopar foi inserido no centro geométrico da almondega e um segundo termopar foi usado para medir a temperatura do ar do compartimento do freezer durante os experimentos e colocado a aproximadamente 5 cm da amostra.
Foram usados termopares tipo T conectados a um sistema de registro de dados (FieldLogger, Novus, Porto Alegre-RS) conectado a um computador. Os dados de temperatura foram registrados a cada 5 segundos de processo durante os testes. As recomendações seguidas nesse trabalho foram descritas por Anderson et al. (2004). Os experimentos foram repetidos 5 vezes com amostras diferentes (uma amostra por repetição). As curvas de congelamento foram analisadas para obtenção da temperatura inicial de congelamento (Tf) e dos parâmetros do processo (tempos e velocidades de congelamento). As temperaturas média, mínima e máxima do freezer durante os experimentos, foram determinadas. A temperatura inicial de congelamento (Tf) foi obtida pelo método da curva de congelamento, conforme descrito por Rahman e Driscoll (1994). Nesse ponto, a inclinação (dT/dt) é igual a zero (Rahman et al., 2009).
2.3 Determinação dos tempos e das velocidades de congelamento
Os tempos de congelamento foram obtidos através do método da curva de congelamento e foi estabelecido como o tempo para a temperatura do centro geométrico da almondega diminuir de 0 até -5 oC e de 0 até -18 oC. De acordo com Chen e Pan (1997), a faixa de temperatura de 0 à -5 oC
corresponde à zona de maior formação de cristais (zona crítica) e de 0 à -18 oC ao congelamento
completo. O tempo total foi considerado como o tempo desde o início do experimento, para amostra com temperatura inicial de aproximadamente 10 ºC atingir a temperatura final estabelecida (-18 ºC).
As velocidades de congelamento foram calculadas como sendo a metade da espessura do produto (cm) dividido pelo tempo de congelamento (h), conforme descrito por Chen e Pan (1997). A espessura da almondega foi medida por um paquímetro digital e obteve-se (1,80 ± 0,01) cm. Foram obtidas as velocidades de congelamento para a temperatura central da almondega reduzir de 0 até -5 oC (zona crítica) e 0 até -18 oC (congelamento completo), segundo Chen e Pan (1997).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A temperatura média do freezer horizontal com a função de congelamento rápido acionada, para os experimentos de congelamento de almondega à base de polpa de tilápia foi de (-30,6 ± 1,2)oC
nos experimentos. A temperatura mínima e máxima foram (-31,6 ± 1,2)oC e (-28,3 ± 1,6)oC,
estudo bem como a curva de congelamento (temperatura x tempo) da almondega. Pode-se verificar que o freezer utilizado foi bastante eficiente na manutenção e equilíbrio da temperatura, após o acionamento do congelamento rápido, como também verificado por Anderson et al. (2004) que estudaram diferentes modelos de refrigeradores domésticos.
Figura 1 – Curva de congelamento temperatura (°C) versus tempo (h), ilustrando o perfil de congelamento da almondega e a temperatura do freezer durante o congelamento.
Fonte: Elaborado pelos autores.
Como pode-se observar na Figura 1, o congelamento reduz a temperatura do alimento abaixo do seu ponto de congelamento e uma certa quantidade de água sofre mudança de estado formando cristais de gelo. A curva de congelamento da almondega apresenta uma região de rápida diminuição de temperatura, uma fase de temperatura quase constante e uma última fase com redução gradual da temperatura até atingir a temperatura do congelador. (Fellows, 2006). Rahman e Driscoll (1994) obtiveram um perfil de congelamento semelhante a este estudo para carne de lula.
A Figura 2 mostra uma aproximação entre as temperaturas de 1 e -5 oC da Figura 1,
ilustrando a temperatura de super-resfriamento (ponto “a”) e a temperatura inicial de congelamento (ponto “b”).
Figura 2 – Curva de congelamento da almondega, com aproximação na faixa de temperatura entre 1,0 a -5,0 oC, identificando o ponto “a”, temperatura de cristalização do gelo, e o ponto “b”, temperatura
inicial de congelamento.
Fonte: Elaborado pelos autores.
No ponto “a”, a água continua líquida, apesar da temperatura estar abaixo do ponto de congelamento, este fato é uma ocorrência típica em curvas de congelamento em temperaturas de cristalização do gelo (super-resfriamento), alcançando este ponto a temperatura tem um súbito
aumento até o ponto “b”, também conhecido com temperatura inicial de congelamento (Tf), devido à liberação do calor de cristalização com a formação dos primeiros cristais de gelo, como mostra a Figura 2. A Tf determinada pelo método da curva de congelamento foi de (-2,7 ± 0,2)°C e levou (17,1 ± 3,2) min para atingir essa temperatura. A Tf trata-se de uma propriedade do material (Marini et al., 2014) e não varia com o formato ou a velocidade de congelamento. A Tf foi similar a estudos anteriores para fishburguer de tilápia (Bainy et al., 2015) e produtos cárneos (Marini et al., 2014).
Os parâmetros do processo, como o tempo de congelamento na faixa entre 0 à -5°C (zona crítica) e de 0 à -18°C (congelamento completo), e ainda as velocidades de congelamento para os respectivos tempos podem ser obtidas das curvas de congelamento e estão apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1 – Tempo e velocidade de congelamento da almondega à base de polpa de tilápia, realizado em freezer com função de congelamento rápido, entre 0 à -5 °C (zona crítica), de 0 à -18 °C (congelamento completo) e tempo de congelamento total (10 ºC à -18 ºC).
Produto Tempo de Congelamento (min) Velocidade de Congelamento (cm h
-1)
(0 à -5)°C (0 à -18)°C Total (0 à -5)°C (0 à -18)°C
Almondega 33,5 ± 3,2 73,0 ± 5,9 79,8 ± 6,2 3,3 ± 0,3 1,5 ± 0,1 Resultados são expressos como média ± desvio padrão (n = 5). n = número de repetições. Fonte: Elaborado pelo autor.
A faixa de temperatura entre 0 à -5 °C é chamada de zona crítica, pois quanto maior o tempo que o alimento permanece nessa região durante o congelamento, maior será a formação de cristais de gelo (Fellows, 2006) que irá afetar a qualidade do produto final. A almondega levou cerca de meia hora (33,5 min) para atingir temperatura -5 °C. No trabalho de Bainy et al. (2015), o fishburguer de tilápia com massa de 80 g levou cerca de 1 h para atingir a temperatura de -5 °C em freezer vertical com compartimento de congelamento rápido.
O tempo aferido para o congelamento de 0 à -18 °C, refere-se ao tempo de congelamento completo do produto, levando 73 min para atingir -18 °C. Já o tempo total de congelamento (10 a -18 °C) foi de 79,8 min. Com relação à velocidade de congelamento, a velocidade na faixa de temperatura de 0 à -5°C (3,3 cm/h) foi superior à faixa de 0 à -18°C (1,5 cm/h).
Comparando com o estudo de Bainy et al. (2015), a almondega congelou mais rápido que o fishburguer (96 min e 0,3 cm/h) e com maior velocidade de congelamento. Estas diferenças se devem a uma série de variáveis, tais como o tamanho do produto, a menor massa da almondega (25 g) comparada ao fishburguer (80 g), forma do produto (esfera e cilindro) e tipo de freezer utilizado. Nesse trabalho utilizou-se um freezer horizontal com função de congelamento rápido e no de Bainy et al. (2015) foi realizado em um freezer vertical com compartimento (gaveta) para congelamento rápido. Conforme classificação de Fellows (2006), o congelamento da almondega pode ser classificado como rápido, com velocidade entre 0,5 e 3 cm/h. Já o congelamento do fishburguer obtido por Bainy et al. (2015) foi considerado como lento (0,3 cm/h), segundo essa classificação. O congelamento rápido ocorre com a formação de cristais menores, diminuindo a deformação das fibras musculares, acarretando em menores danos ao alimento congelado. Para o congelamento lento, ocorre a formação de cristais grandes de gelo devido a velocidade de formação de gelo ser menor, podendo afetar a qualidade do alimento (Fellows, 2006).
Este resultado permite afirmar que vários fatores podem afetar o tempo de congelamento e consequentemente a velocidade de congelamento que foi considerada nesse estudo como a razão entre a metade da espessura do produto e o tempo de congelamento (Chen e Pan, 1997). Adicionalmente, existem diferentes modelos teóricos utilizados para estimar o tempo de congelamento. Nessas equações, são consideradas constantes que dependem da geometria do produto que representam a
menor distância entre o centro e a superfície do alimento, além de dados referentes ao comprimento e propriedades do material estudado (Fellows, 2006, Heldman e Lund, 2007).
4. CONCLUSÕES
A obtenção das curvas de congelamento com o uso de termopares e um sistema de registro de dados, mostrou ser um método eficiente e de simples execução para a obtenção do perfil de congelamento da almondega, da temperatura inicial de congelamento e dos parâmetros do processo. Verificou-se que o freezer horizontal doméstico com a função de fast freeze operou como rápido no congelamento de almondegas. Como trabalho futuro, serão obtidas as curvas de congelamento de fishburguer utilizando o mesmo freezer com congelamento rápido para realizar a comparação entre os parâmetros dos processos e assim confirmar os fatores responsáveis pelo congelamento rápido da almondega. Assim como, estimar o tempo de congelamento teórico utilizando modelos matemáticos, como as equações de Plank e Nagaoka, para comparar com o tempo de congelamento experimental.
5. REFERÊNCIAS
Anderson, B. A., Sun, S., Erdogdu, F. & Singh, R.P. (2004). Thawing and freezing of selected meat products in household refrigerators. International Journal of Refrigeration, 27, 63-72.
Bainy, E. M., Corazza, M. L. & Lenzi, M. K. (2015). Measurement of freezing point of tilapia fish burger using differential scanning calorimetry (DSC) and cooling curve method. Journal of Food Engineering, 161, 82-86.
Chen, Y.-L. & Pan, B.S. (1997). Morphological changes in tilapia muscle following freezing by airblast and liquid nitrogen methods. International Journal of Food Science Technology, 32, 159–168. Fellows, P. J. (2006). Tecnologia do Processamento de Alimentos: Princípios e Prática (2. ed.). Porto Alegre: Artmed.
Heldman, D.R. & Lund, D.B. (2007). Food Freezing. In Heldman, D.R. Handbook of Food Engineering (2. ed.). Boca Raton: CRC Press, 427-469.
Kirschnik, P. G. (2007). Avaliação da estabilidade de produtos obtidos de carne mecanicamente separada de tilápia nilótica (Oreochromis niloticus) (Tese de doutorado). Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal.
Marini, G. M., Bainy, E. M., Lenzi, M. K. & Corazza, M. L. (2014). Freezing and thawing of processed meat in an industrial freezing tunnel. Acta Scientiarum. Technology (Online), 36, 361-368. Messias, C.R,; Konopka, D.N., Bitencourt, T.B., Quast, E., Bainy, E.M. & Scopel, F.H.P. Treinamento sensorial para o desenvolvimento de fishburguer do tipo caseiro para a inserção em merenda escolar. In Anais do V Encontro Paranaense de Engenharia de Alimentos (EPEA), Guarapuava, Paraná. Rahman, M.S. & Driscoll, R.H. (1994). Freezing points of selected seafoods (invertebrates). International Journal of Food Science and Technology, 29, 51–61.
Rahman, M.S., Machado-Velasco, K.M., Sosa-Morales, M.E. & Velezruiz, J.F. (2009). Freezing Point Measurement, Data and Prediction. In Rahman, M.S. Food properties handbook (2. ed.). Boca Raton: CRC Press.
