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CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO CALOR
1 - Considerações Gerais A conservação de alimentos pelo calor é, talvez, a mais difundida na indústria isso, pelo seu desempenho : Eficaz - produz o efeito desejado com qualidade satisfatória; Eficiente - produz o efeito desejado com rendimento satisfatório; Efetivo - produz o efeito desejado sempre que se repete a operação. O uso adequado de calor na indústria alimentícia não deixa resíduo poluente após o uso. As fontes de calor geralmente empregadas nos processos de fabricação são : Convencional - quando imprime no material em aquecimento propagação do calor por convecção e/ou condução, tendo-se como exemplo o fogo direto, água quente, vapor d’água, entre outras; Não-convencional – quando imprime no material em aquecimento a propagação de calor por radiação, sendo um exemplo típico dessas fontes, a microondas. Os métodos de conservação de alimentos, pelo calor são : Branqueamento – que objetiva a desnaturação de enzimas ; Pasteurização - que objetiva inviabilizar a atividade microbiana de formas vegetativas ( pH 4,5 ) ; Esterilização - que objetiva inviabilizar formas microbianas esporu- ladas ( pH 4,5 ); Cozimento - que objetiva estabilizar o alimento por transforma - ções químicas, com inativação das enzimas e da microbiota presentes.
Os métodos de conservação de alimentos, pelo calor, anteriormente mostrados são controlados através dos parâmetros : temperatura do tratamento versus tempo de retardamento ou, tempo de permanência do alimento na temperatura do tratamento, parâmetros estes aquí simbolizados pelas letras “ T ” e “ “, respectivamente. Durante o tratamento pelo calor, todas as partículas do alimento apresentam o comportamento térmico grafado à seguir. T Tg Tf TO O 1 2 3 Onde, To = temperatura inicial do alimento a ser tratado Tg = temperatura programada para o retardamento do tratamento Tf = temperatura final do alimento, após o resfriamento 1 = tempo gasto no tratamento para se alcançar a “Tg” 2 - 1 = tempo de retardamento do alimento na “Ti” 3 - 2 = tempo gasto no tratamento para resfriar o alimento até “Tf"
2.2- Sistema Convencional Ao contrário do anterior, o sistema convencional de tratamento térmico, se caracteriza pela aplicação do calor no alimento já embalado. Trata-se de um procedimento que expõe o alimento a um excesso de calor resultando disso uma qualidade inferior à dos alimentos tratados em sistema assético. A sua única vantagem sobre o assético é do ponto de vista econômico já que o investimento em equipamento é da ordem de 6 a 10 vezes menor. Do ponto de vista de produtividade é também inferior ao assético, permitindo recomendar- se apenas para a micro e pequenas escalas de produção. O comportamento térmico de cada ponto do alimento, neste caso, segue o gráfico mostrado à seguir. T O
Como esse sistema convencional de conservação expõe excessivamente o alimento ao calor, existem alguns procedimentos operacionais que visam minimizá-lo. “Hot-Pack” : este procedimento tem por objetivo a redução do tempo de aquecimento, elevando a temperatura do alimento ao máximo possível, através da aplicação do calor antes dele ser embalado com isso, além da redução do tempo de exposição do alimento ao calor, preenchendo-se o mesmo a temperaturas da ordem de 65 o C acima, evita-se a sua recontaminação pelo ambiente.Isso, devido ao fluxo térmico estabelecido do alimento para o meio. Na verdade, o “Hot-Pack” pode ser considerado um sistema mixto de tratamento pelo calor visto que, aplica calor no alimento antes do mesmo ser embalado. Pode-se representar o comportamento térmico do alimento no procedimento “Hot-Pack”, pelo gráfico abaixo. T Ti TO Tf O 1 2 1 = tempo gasto para aquecer o alimento até “Ti” 2 - 1 = tempo de resfriamento
O modêlo matemático da termobacteriologia se volta para definir e inter- relacionar os parâmetros “D”, “z” e “F”, o que é feito através de três curvas, a saber : Curva de Sobrevivência, Curva de Resistência e Curva de Destruição de microrganismos. 1 - Curva de Sobrevivência de Microrganismos Submetendo-se um alimento com uma população microbiana inicial ( Ni ), a um aquecimento a uma temperatura ( Ti ) constante e letal à microbiota presente, por um tempo ( ), obtem-se uma população final ( Nf ). Com base em populações intermediárias e respectivos retadamentos, plotando-se os valores em um gráfico monolog., constrói-se uma figura como a abaixo mostrada. log N log Ni I 1 log n+ log 10 2 3 D log Nf II III O 1 D 2 Na figura acima, comparando-se os triângulos semelhantes 1;2;3 e I;II;III pode-se estabelecer a seguinte comparação, D / ( log 10 n+
- log 10 n ) = / ( log Ni – log Nf ) D = / ( log Ni – log Nf ) ( I ) , definindo-se aqui o valor “D”
Da equação I se pode obter a expressão que define o tempo de retardamento ()que promove uma redução na população microbiana de Ni para Nf, submetida a uma temperatura ( T ) constante e letal à microbiota presente, T = DT log ( Ni / Nf ) ( II ) Na equação II se pode fazer as seguintes observações ; Ni – população microbiana inicial do alimento cujo valor máximo aceito é de 10 8 isso, em razão da produção significativa de toxinas, algumas delas muito termo-resistentes, maléficas para o consumidor; em caso de alimentos a serem conservados pelo calor, com Ni igual ou ligeiramente acima de 10 8 , apresentando boas características sensoriais, recomenda-se misturá-lo com outro congênere de mais baixa contagem inicial de modo a resultar a mistura com níveis aceitáveis de contaminação. Nf – população microbiana final do alimento conservado, cujo valor deve ser diferente de “zero”, para não inviabilizar o uso da Equação II que, no caso resultaria = , o que não é verdade na prática, pois se sabe que a tempos finitos se consegue inviabilizar a população microbiana de um alimento; assim, ensaios de aplicação da Equação II evidenciaram que se consegue esterilizar o alimento sempre que se iguala o Nf a 1; portanto, é comum igualar-se Nf a 1 quando se desconhece a população microbiana final de um alimento, inócua ao mesmo e ao consumidor; a título de exemplo, a legislação brasileira admite para sucos de frutas populações finais de 10 3 para bolores/leveduras, e 10 2 para contagem total de bactérias. = tempo durante o qual se expõe o alimento ao calor, também chamado tempo de retardamento, retenção ou residência; quando suficiente para conservar o alimento, numa temperatura qualquer é representado (TDT)T; se a temperatura adotada para o tratamento for uma temperatura de referência ( 68, o C; 100 o C ou 121, o C ), o (TDT)T passa a ser chamado “valor F”, e se em particular a temperatura de referência for 121, o C o (TDT)T é representado por Fo , permitindo escrever que : todo (TDT)T é um e todo F é um (TDT)Tr mas, nem todo F é um (TDT)T e nem todo (TDT)T é um T.
z = T 1 – T 2 / log ( DT 1 DT 2 ) ( V ) Na equação V se define o valor de “z” que pode ser conceituado como o gradiente de temperatura que acrescido à temperatura de um tratamento, reduz o valor de “D” de 90% em relação ao seu valor anterior. Também se pode obter a lei de variação do valor de “D” à partir da equação V, à saber, DTx = DT 10 ( T – Tx) / z ( VI ) A equação VI permite a determinação do valor “DTx” numa temperatura dentro de um intervalo ensaiado laboratorialmente, à partir de um valor “DT” conhecido do mesmo intervalo de temperatura. 3 - Curva de Destruição de Microrganismos Essa curva relaciona (TDT)T T e se trata de uma paralela à curva de resistência térmica de microrganismos já que : (TDT) = n D onde “n”é uma constante que indica a ordem de destruição do tratamento, exigida para a conservação de um determinado alimento. Assim, tira-se dela as seguintes relações : z = T 1 – T 2 / log [(TDT)T 1 (TDT)T 2 ] (VII) e (TDT)Tx = (TDT)T 10 T-Tx/z (VIII) anàlogamente ao que foi feito na curva de resistência de microrganismos.
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
1 - Uma suspensão de esporos foi analisada após 10 minutos de exposição a 230 o F, encontrando-se 4,9 10 4 sobreviventes. Se o valor “D” para esse tratamento for de 7,5 minutos, qual será a concentração inicial de esporos? Dados : T = 230 o F ; = 10 min. ; Nf = 4,9 10 4 ; D = 7,5 min. ; Ni =? De n = log (Ni/Nf ) vem, Ni / Nf = 10 n Onde Nf é dado, sendo necessária a determinação do valor de “n” De = n D vem, n = / D = 10 / 7,5 = 1, Ni = 104,7 10 4 = 1,05 10 6 Curva de Sobrevivência representativa do problema, logN 1,05 10 6 10 n+ 10 n D = 7,5 min 4,9 10 4 0 = 10 min
3 - Ensaios termobacteriológicos com um alimento revelaram D 95 = 1,7 min ; D 90 = 3,4 min. ; e D 85 = 6,8 min. ; - considerando a ordem de destruição dos tratamentos (n) igual a 4,2 reduções decimais, determinar : a) a CRM da microbiota presente, sua lei de variação e valor “z”; b) a CDM e sua lei de variação no intervalo de temperatura estudado. a) z = 1 / tg = 1 / - 0,06 = 16, o C Lei de variação : DTx = DT. 10 T-Tx/ z = DT. 10 T-Tx/ 16, b) (TDT)Tx = (TDT)T. 10 T-Tx/ 16, mas (TDT)T = n. DT logo, (TDT) 85 = 4,2 6,8 = 28,56 28,6 minutos (TDT) 90 = 4,2 3,4 = 14,28 14,3 “ (TDT) 95 = 4,2 1,7 = 7,15 7,2 “ ficando o gráfico abaixo : Lei de Variação : (TDT)Tx = (TDT)T. 10 T-Tx / 16, y = -0,06x + 5, R^2 = 1 0 0, 0, 0, 0, 1 80 85 90 95 100 Temperatura - grau centigrado log D y = -0,0602x + 6, R^2 = 1 0 0, 1 1, 2 84 86 88 90 92 94 96 Temperatura - grau centígrado log (TDT)
4 - Se os tempos letais de processamento térmico de um alimento a 190 – 200
- 210 o F são 165 – 85 – 40 minutos, respectivamente, determinar o valor de “z” para a microbiota em questão. Dados : (TDT) 190 = 165 min.; (TDT) 200 = 85 min.; (TDT) 210 = 40 min. z =? Gráfico representativo : curva de destruição de microrganismos log(TDT) log 165 log n+ log 85 log n log 40 O 190 200 210 o F z = - 16, o F Sabe-se da figura que, z = T 1 – T 2 / log [(TDT)T 1 (TDT)T 2)] z = (190 – 200) / log (165 40) = - 10 / log 4, Finalmente, z = - 16, o F
6 - Um alimento submetido a uma pasteurização apresenta as seguintes características : Ni = 2 10 6 ; D 90 = 2 min.. Sabendo-se que ele se conserva com uma Nf = 10 2 , determinar : a) (TDT) 90 ; b) a ordem de destruição térmica do tratamento; c) o (TDT) 90 se for desconhecido o Nf para o produto. a) (TDT) 90 = D 90 log (Ni/Nf ) (TDT) 90 = 2 log (2 10 6 / 2 ) = 2 log (2 10 4 ) (TDT) 90 = 2 (log 2 + 4 log 10 ) = 2 (0,3 + 4) = 8,6 minutos b) n = log (Ni/Nf) = log (2 10 6 / 2 ) = log (2 10 4 ) = 4,3 reduções ou seja, o tratamento impõe 4,3 reduções decimais à população microbiana inicial do alimento. c) (TDT) 90 = 2 log (2 10 6 / 0 ) = 2 (log 2 + 6 log 10) (TDT) 90 = 2 (0,3 + 6) = 12,6 minutos Obs.- a) é oportuno observar como há aumento da exposição do alimento ao calor, neste caso, quando comparado com o primeiro tratamento, daí a necessidade de se conhecer a população microbiana final, inócua, de um alimento conservado, para minimizar o rigor do tratamento térmico e conseguir melhor qualidade no produto; d) com o aumento no rigor do tratamento há aumento na sua ordem de destruição, n = log (2 10 6 / 0 ) = 6,3 reduções decimais.
7 - O valor “z” de um tratamento é 10 o C. Sabendo-se que o seu (TDT) 90 = 2 minutos, determinar o retardamento a 85 o C com a mesma ordem de destruição. (TDT) 85 = (TDT) 90 10 90 - 85/z = 2 10 5/ = 6,3 minutos Curva de destruição representativa da questão acima, log(TDT) log 10 n+ log 6, log 2 log 10 n O 82,5 85 90 92,5 T o C 10 o C
log v destruição microbiana v 4 destruição de vit. C v 3 v 2 v 1 O T 1 Tc T 2 T No gráfico acima pode-se observar a existência de uma temperatura crítica(Tc), abaixo da qual as velocidades de destruição de vit. C são maiores do que as velocidades de extinção microbiana, e vice-versa. No caso de pasteurização ou esterilização deve-se adotar temperaturas as mais acima possíveis de “Tc”. Para cozimentos, contudo, se deve adotar temperaturas inferiores a “Tc”, por razões obvias, já que se busca transformações químicas. O problema à seguir mostrado, detalha melhor esse assunto, permitindo compreendê-lo melhor. Um alimento tratado termicamente a 112 o C (Tg), apresenta um (TDT) 112 = 4 minutos, satisfatório para a sua conservação. Sabendo-se que os valores : z = 10 o C para a sua esterilização; z = 16, o C para escurecimento não enzimático ; e z = 33, o C para cozimento, analisar os tratamentos a 107 e 117 o C em relação aos três processos.
log(TDT) log 12, log 8, log 5, log 4, log 2, log 2, log 1, O 107 112 117 T( o C) Sabe-se que (TDT) 112 = 4 minutos satisfatório a) para Tg = 107 o C vem , esterilização : (TDT) 107 = 4 10 112 - 107/ = 12,6 minutos escurecimento : (TDT) 107 = 4 10 112 - 107/16, = 8,0 minutos cozimento : (TDT) 107 = 4 10 112 - 107/33, = 5,7 minutos
