ALTAS PRESSÕES NA
INDÚSTRIA ALIMENTAR
Ivo Rodrigues 2007
Altas Pressões
- Royer (1895) – destruição de bactérias
- Hite (1899) – destruição de m.o. do leite
- Indústria Japonesa foi a 1ª a utilizar este método
para pasteurização de alimentos
- Abril de 1990 – doce ácido no Japão
- 1991 no Japão – iogurtes, doces, molhos para
saladas
- Dois sistemas em semi-contínuo (sumos de fruta)
- Método inovador e em desenvolvimento
Utilização
- Processo utilizado em muitas indústrias como:
-
Cerâmica
Metalúrgica (Aço e ligas metálicas)
Quartz, diamantes de corte
Indústria Alimentar (última década)
Base de funcionamento
- Princípio de Le Chatelier
- Qualquer reacção, alteração conformacional,
ou de transição de fase que seja acompanhada
de uma redução de volume é favorecida pela
pressão (e vice-versa)
(em alimentos é difícil prever o efeito final)
Mecanismo das Altas Pressões
- Baseia-se na Lei de Pascal- A pressão
aplicada a um produto num líquido é
aplicada em todas as direcções e de forma
homogénea independentemente do seu
volume
- Pressão isostática
- pressurização do produto uniformemente a
partir de todas as direcções
Comparação com as pressões sentidas na terra
Centro da terra – 360 GPa
Fundo dos oceanos – 100 MPa
Utilizações comerciais – 500/600 MPa
Vantagens das Altas Pressões
- Utiliza baixas temperaturas (temperatura ambiente)
- Melhor qualidade do produto
- Efeito instantâneo e homogéneo
- Processamento independente do tamanho e
geometria do produto/embalagem
Altas Pressões na Indústria Alimentar
- pressões na ordem dos 200 - 1000 MPa
(2000-10000 atm)
Equipamento - constituição
• Vaso resistente à pressão (onde é colocado o
produto) e fecho
• Bomba de compressão do líquido
• Circuito de alta pressão
• Unidade de controlo/comando
• Unidade de aquecimento/arrefecimento
quando se utiliza uma acção conjunta de
temperatura e pressão
Equipamento - funcionamento
• Carregamento
• Fecho
• Enchimento com um fluído de transmissão
de pressão
• Desarejamento
• Pressurização
Métodos de pressurização
• Directo
– Compressão por um pistão
• Pressurização rápida
• Selagem dinâmica
(entre o vaso e o pistão)
Métodos de pressurização
• Indirecto
– Pressurização por um intensificador de pressão
por bombeamento de fluído
– Método mais usado
Sistema “bacth “
Sistema “batch “
Equipamentos - sistema contínuo
Equipamentos - sistema contínuo
Custo de Operação
– Subida exponencial com o volume do vaso e com a pressão
máxima permitida ⇒ menores pressões com temperatura
Fluído de compressão
– Água com uma pequena quantidade de lubrificante ⇒
óleo de castor
Acondicionamento do alimento
Tubos de plástico / filmes plásticos
• Não há deformação da embalagem
•
Produtos disponíveis
Doces de morango, kiwi, maçã
Sumos de uva, iogurtes, compotas, vinho de arroz,
tenderização de carne, fruta impregnada com açúcar,
sobremesas de frutas, salchichas cruas de lulas e
peixe, pasta de pêra abacate (guacamole), fiambre,
ostras... Novos produtos???
Aplicações
Variados produtos
• Variadas aplicações
• Produtos embalados em embalagens ou filmes de
plástico ou papel
•
Perspectivas muito interessantes
• European “Novel Foods” Directive (1997)
Efeito em materiais biológicos
Relação (lei) de Eyring
∆V *
⎛ δlnk ⎞
⎜
⎟ =−
RT
⎝ δP ⎠ T
Lei de Arrhenius
ln(k) = ln(k ref ) −
log(N) = log(N 0 ) − kt
⎛V
⎞
lnk = lnk ref − ⎜ a (P − Pref )⎟
⎝ RT
⎠
Temperatura constante
Ea
R
⎛1
1
⎜⎜ −
⎝ T Tref
⎞
⎟⎟
⎠
Efeito em materiais biológicos
•
Água
• Pouco compressível
• Aumento de temperatura – 3 ºC/100 MPa
• Aumento da auto-ionização com a pressão
e
congela à temperatura ambiente a 1000 MPa
- a 207,5 MPa congela a –22 ºC
- compacta à volta de grupos ionizados
-
Efeito sobre os microrganismos
• Bactérias Gram-negativas, 300 MPa
• Bactérias Gram- positivas, 400-600 MPa
• Esporos podem resistir até 1000 MPa
– Depende :
•
•
•
•
Contaminação inicial
Temperatura de processamento
Pressões utilizadas
Presença e concentração de ácidos, sais, alcoóis, etc
Efeito sobre os microrganismos
• Conhecer melhor a cinética de inactivação a T constante
• Maior sensibilidade na fase exponencial que lag e
estacionária
• Em geral a inactivação é maior a temperaturas negativas e
acima de 40-50 ºC
• Aumento da pressão ou do tempo pode resultar em
resultados inesperados
Efeito sobre os microrganismos
Efeito sobre os microrganismos
• Cinética de 1ª ordem ou bi-fásica
• Survivor “tails”
• “Recovery” após pressurização
Após algum tempo, alguns m.o. parecem recompor-se e
podem desenvolver-se
• Tratamentos de pressão baixos podem “abanar” os
m.o. e torná-los mais sensíveis à temperatura
• Esporos mais resistentes
• Proteínas mais protegidas da solvatação e ionização
• Estrutura e maior espessura da cápsula dos esporos
Efeito sobre os microrganismos
• Esporos mais resistentes
– Pré- tratamento com pressão induz a germinação
– Segundo tratamento inactiva mais facilmente os
esporos
Efeito sobre os microrganismos
• Como actua a pressão
– Destruição/permeabilização da membrana
– Inactivação de enzimas
– Diminuição do pH
– Não há dados para a resistência dos esporos de C.
botulinum
Efeito sobre os microrganismos
MICRORGANISMO
ESPECIE
PRESSÃO
Bactérias Gram-negativas
Campylobacter
300 MPa
Pseudomonas
Salmonella
Yersinia
Leveduras
Candida
400 MPa
Saccharomyces
Bactérias gram- positivas
Micrococcus
600 MPa
Stahpylococcus
Streptococcus
Esporos de Bactérias
Bacillus
600 MPa
(60 ºC, 40 min)
Bactérias produtoras de
toxinas
Clostridium botulinum
> 600 MPa
Efeito sobre os microrganismos
Efeito em reacções (bio)químicas
•
•
•
•
•
•
•
Redução do espaço molecular
Aumento da interacção intercadeias
Dissociação de estruturas oligoméricas
“Unfolding” e desnaturação
Agregação de proteínas
Gelificação de proteínas
Alteração da estrutura secundária das proteínas
Efeito em reacções (bio)químicas
• Efeito da pressão e temperatura na desnaturação de
proteínas
Efeito em reacções (bio)químicas
• Índice de peróxidos no bacalhau aumenta
• Reacções de Maillard pouco estudadas – efeitos
dependem do pH e constituição do meio
• (In)activação de enzimas
• Umas inactivam, outras activam e outras não são afectadas
• Peroxidasa e Pectinametilesterasa são baro-estáveis
• Polifenoloxidasa – pouco estável, pode activar
• Lípidos - aumento do ponto de fusão
• Vitaminas - não são afectadas tal como os compostos
voláteis responsáveis pelo “flavour”
Efeito em reacções (bio)químicas
Efeito em reacções (bio)químicas
Efeito em propriedades funcionais
Exs de alterações
• De fases em proteínas e lípidos
• Na estrutura da carne
• Na estrutura de tecidos vegetais
• Em emulsões
• Cristalização de gorduras e açúcares
- Na capacidade gelificante e emulsificante e ligação de
água de proteínas
Efeito em propriedades sensoriais
Geralmente melhor que o tratamento térmico
• Sumo de laranja sem gosto amargo a limoneno
• Pêssego e pêra comercialmente estéreis por 5 anos (410
MPa, 30 min)
• Doces de fruta com gosto e cor da fruta fresca
• Cebolas perdem o odor pungente
Efeito em propriedades sensoriais
Mas,
• Hidrólise do aspartame a pH neutro
• Outras reacções semelhantes ?????
Efeito em gelificação
Géis proteicos obtidos por pressão são:
Mais transparentes, brilhantes, densos, smooth
(aveludados) e macios
Têm propriedades mecânicas diferentes
Novos produtos
Géis com propriedades diferentes
Efeito em gelatinização
Gelatinização - os grânulos de amido passam de um
estado biorefringente cristalino para outro não
biorefringente em que os grânulos estão inchados
A pressão gelatiniza o amido mantendo os
grânulos intactos
Também se podem formar géis
Outras aplicações
Congelação/descongelação com recurso a pressão
Armazenamento com temperaturas abaixo dos 0 ºC sem
congelação
Modificação das propriedades funcionais dos alimentos
Esterilização
Combinação com outras tecnologias
Congelação/descongelação por pressão
Congelação/descongelação por pressão
Congelação/descongelação por pressão
Conservação a temperaturas negativas sem congelar
Congelação/descongelação por pressão
Congelação assistida – transição de fases a Pressão cte
Congelação/descongelação por pressão
Congelação assistida – transição de fases a Pressão cte
Congelação/descongelação por pressão
Descongelação assistida por alta pressão
Congelação/descongelação por pressão
Congelação por alteração brusca da pressão
Congelação/descongelação por pressão
Descongelação por alteração brusca da pressão
Congelação/descongelação por pressão
Congelação induzida
Congelação/descongelação por pressão
Descongelação induzida
Vantagens deste método em relação
aos métodos tradicionais
:
• Tratamento efectuado a frio ou temperatura
ambiente.
• Flexibilidade e polivalência nos produtos a
utilizar
• Uma excelente higiene graças a sua
concepção conforme as exigências da
indústria alimentar
• Consumo reduzido em energia e em fluídos
Mais produtos disponíveis
• Sumos de laranja em França
• Presunto fatiado em Espanha
• Guacamole nos Estados Unidos ( empresa
Mexicana)- molho feito a base de abacate
muito consumido pelos mexicanos.
• Sumos de fruta em Portugal principalmente
sumo de maçã e de laranja.
Futuras utilizações:
- Em leite de ovelha e cabra para a produção de
queijos com leite crú com a finalidade de
diminuir da carga microbiana e principalmente
os patogénicos.
- Antes de tratamentos térmicos em produtos
termosensíveis como forma de reduzir o tempo
de aquecimento
- Melhoria das condições higieno-sanitárias de
produtos comidos crus como salmão fumado,
mariscos, ervas aromáticas entre outros.
Conclusão
A tempo de prateleira dos alimentos pode aumentar e
conjuntamente melhorar a qualidade sensorial com este
processo.
As recentes investigações centram-se na utilização das
altas pressões associada a temperaturas moderadas e
atmosfera com CO2 ou outros agentes bacteriostáticos .
Este método no nosso país está a ser utilizado numa
empresa de sumos e comercialização de frutas.