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.
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