UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Profa. Dra. Diana Fachin UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais EXIGÊNCIAS DO CONSUMIDOR - alimento de alta qualidade (sabor, textura e aparência) - produto mais natural - saudável - alta conveniência (preparação, estocagem e vida de prateleira) - seguro REAÇÕES DA INDÚSTRIA - processamento menos agressivo - poucos aditivos - combinação de sistemas de preservação - menos uso de sal, açúcar, gorduras saturadas UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS Objetivo Evitar perda de qualidade microbiológica enzimática reações químicas reações físicas PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS Tecnologia Tradicional Processamento Térmico Alimento seguro Indesejáveis mudanças no alimento (cor, sabor, aroma) PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS Novas Tecnologias -Alta pressão -Combinado ultrasônico, calor e pressão -Pulso elétrico UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais ALTA PRESSÃO HISTÓRICO Hite – 1899 Bridgeman – 1914 Suzuki – 1960 Hayashi – 1989 verificou que o leite não azedou coagulação da albumina cinética de desnaturação de ovoalbumina preservação de alimentos por AP ALTA PRESSÃO HISTÓRICO - CONCLUSÃO Aspectos ausentes nos estudos anteriores: Estudos cinéticos aplicação da AP Combinação P x T Estudo da inativação de esporos UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO Alta pressão Mantém intacta ligações covalentes Afeta ligações não covalentes (hidrogênio, iônica e hidrofóbicas) Retenção de atributos (sabor, aroma e cor) PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO Pressão isostática Transmitida de maneira uniforme e instantânea PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO Câmara de pressão Alimento embalado Sistema descontínuo EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO Sistema contínuo EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO Pmax= 1000 MPa T=-25°C to 100°C EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO Pmax=600 MPa T=-30°C - 100°C UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais EFEITO DA ALTA PRESSÃO NA COR DOS ALIMENTOS Produtos a base de frutas e vegetais Geléia de frutas: superior ao tratamento convencional Morango: alta retenção da cor vermelha Vegetais verdes: mantém cor sob alta pressão (800MPa) e T<50°C Cogumelo e cebola: descoloração sob P EFEITO DA ALTA PRESSÃO NA COR DOS ALIMENTOS Reação de Maillard P= 200MPa e 400MPa escurecimento Escurecimento aumentou com aumento pH Baixo pH diminui a taxa de escurecimento P=600MPa EFEITO DA ALTA PRESSÃO NO SABOR DOS ALIMENTOS Produtos a base de frutas e vegetais Sucos de laranja, grapefruit e maçã Não apresentam diferença entre processado sob P e o natural cebola Aroma menos intenso, semelhante a cebola cozida/frita UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais INATIVAÇÃO DE MICROORGANISMOS POR ALTA PRESSÃO Células vegetativas Gram negativo: 300 MPa Gram positivo: 600 MPa INATIVAÇÃO DE MICROORGANISMOS POR ALTA PRESSÃO Suco de fruta inoculado com E-coli a 1,5 x107ufc/mL, tratado com P=500 MPa INATIVAÇÃO DE MICROORGANISMOS POR ALTA PRESSÃO Esporos Baixas pressões resistentes à Pressão germinação de esporo linhagem UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO Mecanismo de inativação enzimática pela Pressão Efeito P nas reações químicas e bioquímicas V Princípio de Le Chatelier P favorece reações acompanhadas por diminuição de volume INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO Efeito da alta pressão nas enzimas 1. Pressurização a Temperatura ambiente Reversível/irreversível Inativação Parcial/completa INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO Mudanças na estrutura da proteína - tipo de enzima - meio - pressão e temperatura - tempo de processamento INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO 2. Reações enzimáticas aumentadas/inibidas 3. Substrato macromolecular (proteína, amido) Mais sensível à ação enzimática INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PPO) Polifenoloxidase (PPO) Escurecimento enzimático (frutas e vegetais) Afetar cor do alimento Diminui qualidade nutricional INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PPO) Origem Meio Pressão Referência abacate pH 7,0 800 MPa/25°C/>60 min Weemaes et al., 1998 maçã pH 5,4 500 MPa/25°C/1min Anese et al., 1995 maçã pH 6,0 600 MPa/25°C/560min Weemaes et al.,1998 pera pH 7,0 tomate pH 4,1 200500MPa/25°C/15min Hernandez e Cano,1998 uva pH 3,2 >600 MPa/15°C/10min Castellari et al., 1997 uva pH 6,0 700 MPa/25°C/530min Weemaes et al, 1998 900MPa/25°C/ 200min Weemaes et al., 1998 INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (LOX) Lipoxigenase (LOX) catalisa a oxidação de ácido graxos poli-insaturados em correspondentes hidroperóxidos. causa mudança na cor, sabor, textura e qualidade nutricional INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (LOX) Origem Meio Pressão Referência ervilha suco 400MPa/10min Indrawati et.al, 2000 soja Borato, pH 9 >400MPa/5min Heinisch et al, 1995 soja Tris, pH 9 525MPa/15min Ludikhuyze et.al, 1998 vagem suco 500MPa/5min Indrawati et.al, 2000 INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PME) Pectinametilesterase (PME) catalisa a demetilação da pectina induz clarificação de sucos (laranja, tomate) melhora a textura do tomate INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PME) Origem Meio Pressão Referência banana Tris, pH 7,0 600-700MPa/10C Ly Nguyen et al, 2002 cenoura Tris, pH 7,0 600-700MPa/10C Ly Nguyen et al, 2002 laranja água 600-900MPa/20-30C Van den Broeck et al, 1999 tomate purê 400-800MPa/30-75 C Crelier et al, 1995 INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALT PRESSÃO Poligalacturonase (PG) degrada pectina diminuição da viscosidade INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO Reação da PG sobre pectina INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA Primeira ordem A ln kt Ao Modelo bifásico Conversão Fracionada t A log A D o A AL exp kL t AS exp k St A A Ao A exp kt INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA Dependência da temperatura (P constante) lnk lnkre f Ea 1 1 R Tre f T logD logDref T Tref z Dependência da pressão (T constante) V lnk lnkref a P Pref RT logD logDref P Pref zp Combinação de pressão e temperatura Vo So 2 P Po P Po T To P Po T To lnk lnk o 2RT RT RT RT Cp T T ln 1 T o RT To INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA Banana - PME 600MPa-700MPa/10°C Fonte: Ly Nguyen et al, 2002 Laranja - PME 450MPa-600MPa/25°C Fonte: Van den Broeck et al, 1999 INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA PME – suco tomate Purificada PME Tomate 0 -0,4 -0,4 log (A/Ao) log(A/Ao) 0 -0,8 -1,2 -0,8 -1,2 -1,6 -1,6 -2 0 20 40 Tempo (min) 0,1MPa 600MPa T=66°C 60 0 20 40 60 Tempo (min) 0.1 MPa 500 MPa T=62°C 80 INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CONCLUSÃO 1. Influência da P, T, origem e meio na inativação enzimática 2. Resistência da enzima à Pressão não está relacionada à resistência térmica da enzima 3. Conhecimento da cinética de inativação enzimática sob pressão é indispensável para aplicações da alta pressão UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões Gerais ESTUDO DE CASO PME/PG EM PRODUTOS À BASE DE TOMATE EFEITO DA PME/PG EM SUCO E PURÊ PG PME pectin +Ca2+ Perda da turbidez Diminuição da viscosidade EFEITO DA PME/PG EM TOMATE ENLATADO PME PG pectin + Ca++ Melhora textura Perda de Textura INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA (PME do tomate) Extrato 0 Suco 0 550MPa -0,4 600MPa -0,6 650MPa -0,8 -0,2 log(A/Ao) log(A/Ao) -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 0 10 20 30 Tempo (min) 40 50 -1 Purificada 0 0 20 40 Tempo (min) 550MPa 600MPa log(A/Ao) -0,2 -0,4 600MPa -0,6 650MPa -0,8 -1 0 10 20 30 Tempo (min) 40 50 T= 50°C 60 700MPa 80 INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO – CINÉTICA (PG do tomate) Extrato PG1 0 T=25°C 350MPa 1,5 1,25 1 375MPa 400MPa 425MPa 0,75 0,5 0,25 0 450MPa -1 ln(A/Ao) A 2 1,75 350MPa -2 400MPa -3 450MPa -4 500MPa T=20°C -5 0 50 100 150 0 200 20 0 -0,5 -1 350MPa -1,6 400MPa -2,4 450MPa 500MPa -3,2 T=20°C 20 40 60 80 Tempo (min) 100 120 ln(A/Ao) ln(A/Ao) -0,8 0 80 Suco PG2 -4 60 Tempo (min) Tempo (min) 0 40 350MPa -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 400MPa 450MPa 500MPa T=20°C 0 50 100 150 Tempo (min) 200 INATIVAÇÃO DE PG POR PROCESSO ISOTÉRMICO/ISOBÁRICO Constante de velocidade (k) (x10-2) (min-1) Pressão Temperatura (°C) (MPa) 5 10 15 20 25 200 250 350 1.14 1.88 2.66 400 3.19 9.32 11.34 450 1.96 3.91 9.01 19.65 44.27 500 4.73 11.79 16.69 550 30 40 50 0.61 2.63 4.57 4.68 5.90 22.93 55 0.73 0.82 INATIVAÇÃO PG Vo So P P0 T T0 P P0 T T0 lnk lnk o RT RT RT Po= 400 MPa To= 298 K INATIVAÇÃO DE PG SIMULAÇÃO Pressão (MPa) 600 500 400 300 200 100 0 5 25 45 65 Temperatura (°C) 50% 90% 99% 85 PME/PG EM PRODUTOS DE TOMATE - CONCLUSÃO Suco/purê de tomate: inativação de PG por alta pressão e inativação de PME por temperatura moderada. Manter turbidez e melhorar a viscosidade PRODUTO ALTA QUALIDADE PME/PG EM PRODUTOS DE TOMATE - CONCLUSÃO Tomates em lata Inativação de PG por alta pressão Mantendo a atividade de PME Textura mais firme PRODUTO ALTA QUALIDADE UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 1. Introdução 2. Preservação de Alimentos 3. Alta Pressão – Histórico 4. Processamento por alta pressão 5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos 6. Inativação de microorganismos por alta pressão 7. Inativação enzimática por alta pressão 8. Estudo de caso 9. Conclusões gerais CONCLUSÕES GERAIS Regulamento de novos alimentos Impacto do processamento sob P na qualidade e segurança do alimento 1. In situ 2. Método físico-matemático – perfil T-P-t 3. Uso de indicadores de processamento Modelos Cinéticos CONCLUSÕES GERAIS Alta Pressão: técnica promissora na preservação de alimentos Pode inativar microorganismos e enzimas, mantendo sabor natural e valores nutritivos do alimento AP Gerar produtos com diferentes funcionalidades CONCLUSÕES GERAIS - ação da pressão sobre aspectos nutricionais dos alimentos - indicadores a serem usados para medir o impacto do processamento por alta pressão - estudos dos efeitos químicos que envolvem o processamento por alta pressão AGRADEÇO A SUA ATENÇÃO!!
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