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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAIBA - UFPB CENTRO DE TECNOLOGIA - CT Departamento de Tecnologia Química e de Alimentos - DTQA PROCESSAMENTO INDUSTRIAL I : PLANO DA DISCIPLINA OBJETIVO Fornecer aos discentes conhecimentos básicos sobre a fabricação de conservas alimentícias, com ênfase nos princípios de conservação. EMENTA DO PROGRAMA Conceitos Gerais; Princípios de Conservação de Alimentos; Métodos físicos, químicos e físico- químicos de conservação de alimentos, usualmente empregados na indústria. PROGRAMA Unidade I (15 hs – Teórica)
- Tecnologia, Engenharia, Processamento Industrial, Conserva Alimentícia, perecividade dos alimentos, processos deteriorantes/prevenções.
- Atividade de água na conservação dos alimentos.
- pH na conservação de alimentos.
- Composição na conservação do alimento.
- Luz, temperatura, e atmosfera ambiente na conservação de alimentos.
- Conservação de alimentos pelo calor : fundamentos, meios de aquecimento, termobacteriologia, e cálculo de esterilização pelo calor.
- Conservação por efeito de pressão osmótica.
- Conservação por aditivos químicos.
- Conservação por irradiação.
- Conservação por outros métodos. Unidade II (45 hs – Prática)
- Elaboração/conservação de doce de leite por adição de agentes ligantes.
- Obtenção da lei de variação da % de ácido lático a adicionar, em função do pH,para plena coagulação em produtos lácteos, fermentados.
- Elaboração/conservação de um fermentado lácteo.
- Obtenção da lei de variação da temperatura com o tempo de aquecimento, em alimentos sólidos, líquidos e xaroposos.
- Determinação de ponto frio.
- Determinação de curvas de penetração de calor em alimentos : no aquecimento e no resfriamento.
- Cálculo de esterilização de alimentos, pelo método gráfico de BALL.
- Obtenção das curvas de destruição química de microrganismos com conservantes individuais e associados.
- Elaboração/conservação de produto, pela associação de dois ou mais métodos de conservação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARUFFALDI, R. & OLIVEIRA, M.N. Fundamentos da Tecnologia de Alimentos – vol. 3 Editora ATHENEU, São Paulo, 317 p. 1998 FELLOWS, P. Tecnologia del Procesado de los Alimentos : Princípios y prácticas, trad. TREPAT, F.J.S. Editorial ACRÍBIA S.A. - Zaragoza. 549 p. 1994 LUCK, E. & JAGER, M. Conservación Química de los Alimentos : características, usos, Efectos – volS I e II, trad. BARRADO, A.M. Editorial ACRÍBIA S.A. 1999
PROCESSAMENTO INDUSTRIAL DE ALIMENTOS - I
Objetivo : Contribuir para a capacitação do discente no uso sistemático dos princípios e métodos de conservação de alimentos, para a industrialização de conservas alimentícias. Ementa : Conceitos Básicos; Princípios de Conservação de Alimentos; Métodos de Conservação de Alimentos : Fundamentos Plano da Disciplina : UNIDADE I - 12 horas 1 - Conceitos Básicos
**- Alimento
- Conserva Alimentícia
- Classes de Alimentos
- Processo Nutricional
- Perecividade dos Alimentos
- Processos de Modificação de Alimentos
- Processamento Industrial de Alimentos
- Princípios de conservação de Alimentos
- Métodos de Conservação de Alimentos 2 - Princípios de Conservação de Alimentos
- pH**
**- potencial de oxirredução ()
- Atividade de Água (aw)
- Composição
- Ambiente de Estocagem UNIDADE II - 24 horas 1 - Conservação de Alimentos pelo Calor
- Calor no Processamento Industrial de Alimentos
- Operações Pertinentes
- Sistemas de Tratamento pelo Calor
- Termobacteriologia
- Cálculo de Esterilização pelo Calor UNIDADE III - 16 HORAS 1 - Conservação por Aditivos Químicos
- Classes de Aditivos Químicos
- Legislação Brasileira Pertinente
- Conservantes
- Acidulantes
- Curvas de pH Acidez, em conserva alimentícia
- Curvas de Destruição Química de Bolores e Leveduras
- Curvas de Destruição Química de Bactérias Mesófilas UNIDADE IV - 8 horas 1 - Conservação por outros Métodos
- Concentração
- Irradiação
- Ultra-centrifugação**
Diante do exposto se deduz que a Engenharia de Alimentos é a área da Engenharia que se volta, principalmente, para a transformação de matérias – primas em conservas alimentícias. 2 - Alimento De acordo com o Código Nacional de Saúde, Decreto-Lei 986/1969, alimento é toda substância ou mistura de substâncias, no estado sólido, líquido, pastoso ou qualquer outro adequado, que objetiva fornecer ao organismo humano os elementos normais ao seu processo nutricional. As matérias-primas alimentícias, por sua vez, são materiais de origem vegetal, animal ou outra, comestíveis em estado natural ou transformados, cuja composição química satisfaz às necessidades nutricionais do homem. Conserva alimentícia é todo material alimentício, devidamente acondicionado, que possui uma vida útil acima da alcançada em estado natural, sendo utilizado para isso métodos físicos, químicos e/ou físico-químicos. Classifica-se em provisória ou permanente, segundo a duração da vida útil. Segundo CRUESS a vida útil deve ser de dias ou semanas para as conservas provisórias, e de meses ou anos para as conservas permanentes. Por conseguinte, a conserva alimentícia é um alimento conservado, e como tal é indispensável à preservação dos seus nutrientes, dentro do possível, através de uma tecnologia adequada. Diante do papel que representam para a nutrição humana, é costume identificar os alimentos através dos valores nutricionais que representam. São sistemas complexos constituidos por água, carboidratos, protídios, lipídios, vitaminas, sais minerais, pigmentos, além de outros compostos fisiologicamente ativos tais como ácidos orgânicos, taninos, aldeídos, cetonas e gomas, entre outros.- Os carboidratos, as vitaminas C e do Complexo B, os sais minerais, e alguns compostos fisiologicamente ativos, acham-se dissolvidos na água presente, constituindo a fração áquo-solúvel dos alimentos.- As proteínas apresentam-se em estado coloidal, enquanto que as gorduras, na forma de emulsão. As vitaminas A-D-E-K, alguns pigmentos, e alguns compostos fisiologicamente ativos, encontram-se dissolvidos na gordura presente, constituindo a fração lipo-solúvel.
Costuma-se classificar os alimentos quanto a origem em animais e vegetais contudo, a classificação correntemente adotada na tecnologia é quanto à composição centesimal, que expõe a ordem de grandeza dos princípios nutricionais neles contidos. No Quadro apresentado à seguir mostra-se a referida classificação, segundo N.N.POTTER.- Classe Carboidrato Proteína Lipídio Cinza Água (%) (%) (%) (%) (%)
- Carne 2,0 20,0 2,0 2,0 74, 2.Fruta 13,0 1,0 0,5 0,5 85,
- Cereal Desidratado 75,0 9,0 2,5 1,0 12,
- Hortaliça 7,0 2,0 0,5 1,5 89,
- Tubérculo 23,0 1,0 0,3 1,0 74,
- Leite 4,9 3,3 3,8 0,7 87,
- Ovos 0,0 14,3 16,4 1,4 67, Fonte : N.N. POTTER – Ordem de Grandeza de Composições Centesimais de Alimentos Nele revela-se a participação da água em todas as classes, de forma abundante. Por outro lado, evidencia-se a fonte nutricional assumida por cada classe de alimento, observando-se contudo que, no caso das proteínas deve-se levar em conta que as de origem animal, via de regra, são completas e melhor absorvidas pelo organismo humano. Além dos seus constituintes nutricionais, os alimentos apresentam outros componentes químicos responsáveis por propriedades decisivas para as suas características organoléticas, cujos efeitos precisam ser conhecidos para serem considerados nas propostas tecnológicas de industrialização. Neste sentido, além do conhecimento das características nutricionais , é imperioso o conhecimento de outras como o Brix, pH, Acidez, Atividade Enzimática,
Também têm grande importância no organismo humano por entrarem na formação de todos os tecidos, constituindo cerca de 16% da massa total do organismo. Os lipídios são os óleos e gorduras presentes nos alimentos, com a função nutricional básica de suprir o organismo humano de energia (cerca de 8, cal/g), ácidos graxos essenciais e vitaminas lipo-solúveis, associada a características organoléticas como textura e sabor. Além disso, exercem ainda as seguintes funções no organismo humano: Constituição de tecidos do cérebro e nervos (fosfolipídios) Favorecimento da absorção da vitamina K Poupança da tiamina no metabolismo de glicídio Contribuição na absorção e retenção de minerais Ajuda na ação da vitamina D (anti-raquítica) Proteção e sustentação de órgãos, vasos e nervos. Os glicídios são os sacarídios presentes no alimento, que envolvem os açúcares, os amidos, a pectina e a celulose. Além de fontes de energia exercem as seguintes funções no organismo humano : Proteção anti-tóxica Ação anti-cetogênica Poupança de proteína Contribuição na plasticidade de alguns tecidos Os minerais que representam cerca de 4% da massa corpórea total, entram na constituição de alguns tecidos em apreciável proporção, como no caso do tecido ósseo. Entre os minerais destacam-se o cálcio, o fósforo e os demais que representam respectivamente 1,5; 1,0 e 1,5% dos 4% de minerais do organismo. Desempenham um papel plástico pois, fazem parte da constituição íntima dos tecidos. Além disso, estimulam órgãos, regulam o rítmo cardíaco, a respiração, e a digestão, entre outras funções. As vitaminas são substãncias várias que no organismo, em pequenas quantidades, desempenham importante papel na manutenção da saúde, no crescimento, na defesa contra infecções e na absorção de alguns nutrientes.
Na página seguinte, apresenta-se um quadro com a necessidade média diária de nutrientes, do organismo humano, por quilo de peso corporal. NUTRIENTE QUANT./UNIDADE Caloria 43 Protídio 1g Glicídio 7g Lipídio 0,7g Cálcio 0,001g Fósforo 0,02g Ferro 0,002g Vitamina A 71UI Tiamina 26UI Riboflavina 39UI Ácido Nicotínico 257UI Vitamina C 1.071UI Vitamina D 6 a 12UI Fonte : Composição dos Alimentos – GUILHERME FRANCO 4 - Perecividade dos Alimentos A composição química dos alimentos contém não apenas substâncias nutrientes para o homem mas, também para animais e micróbios, resultando como consequência uma competição entre esses seres vivos, na luta pela sobrevivência.-Em vista disso, os alimentos constituem alvo de ataques de macróbios e micróbios que devem ser combatidos, no sentido de preservar os seus princípios nutricionais.Assim, já no estado natural os alimentos trazem aderido a sí, uma microbiota constituinte do seu habitat, cuja afinidade se deve aos nutrientes presentes, indispensáveis à sobrevivência da referida microbiota. Quando atua sobre o alimento, a microbiota além de consumir os seus princípios nutricionais, veicula enzimas e em parte dos casos, toxinas. As enzimas, via de regra, catalisam reações entre substâncias químicas do próprio alimento, que normalmente não ocorreriam nas condições ambiente, degradando-o. Cabe observar que, parte das enzimas presentes, faz
pode haver formação de substâncias tóxicas que tornam essas matérias primas imprestáveis para o uso alimentício. Por outro lado, quando submetidas ao processamento industrial, essas matérias primas alimentícias podem ficar sujeitas a modificações químicas e/ou físicas desejáveis ou não, cujo conhecimento é indispensável para a concepção e condução das linhas industriais específicas. Apesar da literatura especializada abordar de forma exaustiva esse assunto, considera-se oportuno neste texto um enfoque abreviado desses processos químicos, de modo funcional para o processamento industrial. 5.1- ESCURECIMENTO QUÍMICO ( ou BROWNING ) Etapas : Polimerização do Furfural Reação do Furfural com Peptídios, Aminoácidos e/ou Proteínas. PROCESSOS REPRESENTATIVOS .1-Reação de MAILLARD CHO R – NH (HCHO)n NH 2 - R HCHO H 2 CHO (peptídio...) ( HCHO )n (aldeido/açúcar red.) H 2 CO (melanoidina) Escurecimento do Ácido Ascórbico O = C H – C C – H HO – C (H 3 O)+^ O H – C C – H HO - C O H – C HO – C - H ( Furfural ) H 2 – C - OH
.3- Caramelização H – C C – H C 6 H 12 O 6 HO – CH 2 – C C – HO O ( Hidroxi-Metil-Furfural ) Obs. – o ácido poligalacturônico e seus manômeros também reultam reação de caramelização. Procedimentos preventivos :
- Refrigeração (retardamento do processo)
- Adição de SO 2 (impede a reação de MAILLARD)
- Abaixamento de pH (reduz a velocidade de polimerização das melanoidinas)
- Ajuste de “aW” 0,68 (reduz a velocidade da reação de MAILLARD)
- Uso de açúcar não-redutor (não dá a reação de MAILLARD) - Uso de frutose (não reage fácil com aminoácidos) - Eliminação da presença de açúcares redutores no alimento a conservar.
Esquematicamente, [ O ] R 1 – CH = CH – R 2 R 1 – CH – CH – R 2 Lipoxidase O – O R 1 – CHO + R 2 – CHO onde, R = CH 3 – ( CH 2 )n – (CH = CH )n’ – (CH 2 )n’’ Procedimentos Preventivos Deaeração Branqueamento Ausência de Ferro e/ou Cobre Ajuste de aW ( 0,4 ) 5.3- Reação de Queima ou Respiração [O] Açúcares, Gorduras e/ou Acidos Orgânicos CO 2 + H 2 O + calor Esquematicamente, n[O] Cn H2n On n CO 2 + n H 2 O + calor C 18 H 36 O 2 + 26 O 2 18 CO 2 + 18 H 2 O + calor (ác. esteárico)
Procedimentos Preventivos Refrigeração Atmosfera de gás inerte ( CO 2 ; N 2 ) Branqueamento Capeamento superficial : filme impermeável, parafina, caramelo...etc. 5.4- Fermentação ALCOÓLICA C 6 H 12 O 6 + Levedura 2 C 2 H 5 OH + CO 2 + calor (glicose) (etanol) ACÉTICA C 2 H 5 OH + O 2 + A. aceti CH 3 COOH + H 2 O (etanol) (ác.acético) LÁTICA C 12 H 22 O 11 + H 2 O + S. lacti 4 C 3 H 6 O 3 (lactose) (ác. lático) Obs.- a putrefação é considerada por muitos autores como sendo uma classe de fermentação ; consiste na ação de bactérias sobre as proteínas, com a formação de uma classe de aminas denominadas putrescinas, esquematicamente representado como abaixo : (descarboxilase) R – CH – COOH R – CH 2 + CO 2 NH 2 NH 2 Procedimentos Preventivos Atmosfera de gás inerte ( CO 2 ; N 2 )
define-se os parâmetros a serem controlados, com seus respectivos valores nominais e tolerâncias, além da forma de amostragem e pontos de coleta. O detalhamento deste assunto é feito na disciplina Controle de Qualidade. É oportuno observar que face ao custo do controle, o processamento industrial deve concentrar a ação de controle nos pontos estratégicos ou pontos críticos da linha de fabricação, os quais são definidos na indústria de alimentos, através do sistema APPCC (Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controle). 7 - Princípios de Conservação de Alimentos Os princípios de conservação são características ou fatores específicos, controláveis, que ajustados convenientemente, contribuem de forma decisiva para a conservação dos alimentos. Classificam-se em características “intrínsecas” e “extrínsecas”, se interiores ou exteriores ao alimento, respectivamente. As características intrínsecas (ou do próprio alimento) mais importantes na prática industrial são : atividade de água (aW), potencial hidrogeniônico (pH), potencial de oxirredução (), e composição em nutriente. As características extrínsecas, por sua vez, referentes ao ambiente (embalagem, armazém...) a que se expõe o alimento, apresenta como características mais expressivas : temperatura, luz ambiente, umidade relativa(UR), pressão, e atmosfera (controlada e/ou modificada). Pela importância que representam na tecnologia industrial de conservação de alimentos, essas características serão abordadas, funcionalmente, à seguir. 7.1- Atividade de Água ( aW ) Conceitua-se atividade de água, a água do alimento disponível para os processos químicos e microbianos que nêle podem ocorrer. Assim, se pode definir : Umidade = água contida no Alimento Umidade = água ligada + água livre
Água ligada : - de cristalização (constituição)
**- plastificante (adsorvida) Água livre : - solvente
- reagente (hidrólises)** Pelo exposto, evidencia-se que a água ligada está comprometida com a matéria sêca do alimento, não estando disponível para processos químicos e/ou microbianos. Em vista disso, deduz-se e comprova-se que a água que contrbui para esses processos é a que se encontra em estado livre ou disponível. Por conseguinte, é possível afirmar esquematicamente que : aW = ( água livre ) aW = (natureza da matéria sêca do alimento ) Define-se atividade de água de um alimento à relação : aW = p / p o onde, p = pressão parcial de vapor, do alimento; p o = pressão parcial de vapor do solvente, no caso água. Como p p o 0,00 aW 1, A definição supra requer aparelhagem especial, complexa, para que se possa realizar a determinação da “aW” de um alimento. Em vista disso, é possível determiná-la de modo mais simples, em função da umidade relativa de equilíbrio (URE) que exige equipamento mais simples e comum. Sabe-se que, UR = ( p / p o ) 100 Comparando-se a expressão supra com a da “aW”, deduz-se : aW = UR / 100 Determinação : tanto a “aW” como a “UR” , na atualidade, são determinadas rapidamente em aparelhos específicos, por eletrometria. Diante da definição da “aW” em função das pressões de vapor do alimento e da água(solvente), deduz-se a sua variação direta com a temperatura, uma vez que, quanto
