ENGENHARIA DE ALIMENTOS
E BIOQUÍMICA
Processamento de
Alimentos pelo Frio
Aula 2
Prof. Dr. Estevãn Martins de Oliveira
1
Congelados
2
Histórico
EUA – 1865 congelação de
peixes(comercial)
 Nova Zelândia – 1891
congelação de carnes( carneiros
– exportação Inglaterra)
 EUA – 1905 ( leste) frutas

◦ 1929 - Hortaliças








1595 - Galileu – termômetro
exato
1622 – Boyle – leis volume e
pressão dos gases
1823 – Farady – mudanças de
estado
1824 –Carnot expansão e
compressão dos gases
1834 – Perkins – máquina de
compressão
1875 – Linde – amoníaco – subst.
Refrigerante
1881 – CIA transporte de carneNova Zelândia
1920 – Birdseye – EUA
congelamento rápido dos
alimentos
3
INTRODUÇÃO

FRUTAS: a fruticultura, apenas cerca de 5% das áreas cultivadas
no país

Potencial: Brasil % do volume da produção mundial, para colocá-lo em
1o lugar no ranking dos produtores de fruta “in natura”.

O Brasil destina apenas cerca de 1% da sua produção de frutas frescas
à exportação  20o lugar entre os países exportadores de
frutas frescas

HORTALIÇAS: representam o maior grupo de plantas
cultivadas, mais de 100 espécies.
Eram, cultivadas em muito pequena escala e comercializadas no
mercado informal, o que ocasionava sua exclusão das estatísticas e,
consequentemente, das preocupações de políticos e de tecnocratas.

4
Legumes e hortaliças
5
Relação da produção e área cultiva de cereais,
leguminosas e oleaginosas
Fonte : IBGE
6
Produção de cereais, leguminosas e oleaginosas por
estado
Fonte : IBGE
7
Categorias









A inclusão das espécies na categoria das hortaliças
baseia-se em algumas características como:
 alta produtividade por área
 riqueza de nutrientes não calóricos - protéicos
 exigência em tecnologia de produção apurada
 elevada utilização de mão-de-obra
 alto conteúdo de água e alta perecibilidade
 tipos de cultivo: múltiplo em pequena escala de produção
e a monocultura em larga escala
 possibilidade de várias safras / ano
Incluídas entre as hortaliças, estão a batata, tomate e a cebola,
mesmo sendo grandes culturas, possuem todas as características
das hortaliças. Batata e Tomate competem historicamente pelo
nono e décimo lugar na escala de volume de produção, entre
todos os produtos agrícolas no Brasil (Ferreira et alii, 1993).
8
Pecuária de corte
9

CONSERVAÇÃO FRUTAS PELO
FRIO
Refrigeração - T ≥ 0oC ou T = -1 ou -2oC
◦ Conservação temporária-vantagem- textura – propriedades
organolépitcas.( economia doméstica e indústria M.P.
processamento

Congelação – T < 0oC – alteração características físicas das
frutas (branqueamento ou SO2 ou ácido ascórbico –
resfriamento – congelamento (lento ou rápido) – câmaras
frias)
◦ Lento ou comum - T < 0oC ou < - 18oC - conservação indefinida –
altera parte textura e propriedades organolépticas.
◦ Rápido - T < -40oC – instantâneo – vantagens – textura e
propriedades organolépticas conservadas
 Cristais de gelo formados = < tempo < menor dano à célula menor
tempo difusão dos sais e separação da água na forma de gelo.
 Armazenamento à T < - 18oC = preservação tempo indefinido( natureza
da fruta) – próprio para hortaliças que frutas.
10
REFRIGERAÇÃO DE VEGETAIS
Fruta
Temperatura
( ºC )
Umidade
Relativa(%)
Abacate
7 - 12
85 - 90
Ameixa
-0,5 a +0,5
Cereja
Tempo de
Conservaçã
o
Observações
2 – 4 semanas
É sensível ao frio.Refrig. quando
maduro
85
3 – 15 sem.
Depois de 1/3 do
período,conservar a 6-8ºC.
-0,5 a 0
85
12 – 15 dias
Pouco acessível a refrig.
Goiaba
7 - 10
80 - 85
Limão
0 - 12
85 - 90
3 – 8 meses
O amarelo na casca pode ser
controlado a 5ºC.
Maçã
1-3
90
3 – 8 semanas
Dif. Temperaturas dependem
dos tipos de maçã
Abacaxi
7
80 - 90
1 – 3 semanas
-
Morango
0
95
1 – 2 semanas
Aum. Em 2ºC ; tempo de
conservação dim. Para 2 –3
dias.
Pêssego
-0,5 a 0
90
15 dias
Não resiste a longo tempo de
conservação
FONTE: Holdsworth , 1998
-
Sensível à baixas temperat.
11
CONSERVAÇÃO LEGUMES E
HORTALIÇAS PELO FRIO

Refrigeração – conservação temporária T ≥ 0oC
. Indústria  M.P. processamento final
◦ Tomate T = 0oC – couve repolho e alface a T = 1oC ,
cebola cenoura e nabo a T = 2oC

Congelação = as das frutas
◦ Operações = para calor,exceto congelamento,
armazenamento em câmara frias.
◦ Espécies apropriadas para este tipo de conservação:
 Feijão, milho, brócoli, espinafre, aspargo e ervilha
◦ Espécies impróprias: tomate, repolho roxo
◦ Na mesma espécie há variedades impróprias’
12
REFRIGERAÇÃO DE VEGETAIS
Tabela 1- Parâmetros de temperatura e U.R. e tempo de conservação de vegetais
Vegetal
Temperatura
( ºC )
Umidade
Relativa ( % )
Tempo de
Conservação
Observações
Abóbora
10 - 12
70 - 75
3 –6 meses
Esperar 1-2 semanas
para iniciar refrig.
Alface
0
90 - 98
2sem – 1 mês
Pré-refrig.Envolver a
alface > sua
conservação.
Beterraba
0
95
3 – 5 meses
Retirar as folhas
antes do
armazenamento
Cebola
-0,5 a 0
65 - 75
8 meses
Refrig. p/ conservar
por muito tempo.
Cenoura
0
90 - 95
4-5 meses
Precisa de pré-refrig.
Couve-flor
0
85 -90
2 – 3 sem
Aplicar a pré-refrig.
Repolho
0
90 - 95
3 – 6 meses
Controlar o
murchamento ,
adequando a U.R.
Tomate
maduro
4-8
85
8 – 10 dias
Tolera baixas
temperaturas
13
ESCALA TÉRMICA
Temperatura oC
Efeito do uso
36,5
Temp. corpo humano
26,5
Em 12 – 24 h bactérias podem x 3000
vezes
21
Em 12 – 24 h bactérias podem x 700
vezes
15,5
Em 12 – 24 h bactérias podem x 15
vezes
10
Em 12 – 24 h bactérias podem x 5
vezes
4,5
Em 12 – 24 h bactérias podem x 2
vezes
-0,5 a 1
Temp. de armazenamento refrigerado
0
Temp. de congelamento da água
-1 a -5
Crescimento muito lento de MO.
Destruição de bactérias( > parte)
-10
Paralisação de bactérias sobreviventes
-18 a -23
Temp. armazenamento de alimentos
congelados
-30 a -35
Temp. de congelamento de alimentos
14
Refrigeração de carnes
Alimento
Período de armaze namento
0oC
22oC
38oC
Carne
6 - 10
1
<1
Peixe
2- 7
1
<1
5 - 18
1
<1
Ave
(frango)
15
Tecnologia Resfriamento

Resfriamento
◦ Ar em câmaras e túneis
◦ Direto a gelo, para hortaliças de folhas
◦ Água para certas hortaliças
◦ À vácuo ( pptte alface)

Armazenamento
◦ Temperatura próximas do mínimo
◦ Alimentos vivos – temp. < 0oC a -1 0oC
 (uvas européias)
 Bananas T ≥ 12 0oC
◦ 2 produtos na mesma Câmara-fria T + sensível
◦ T estável ( sem flutuações)
◦ Umidade do ar controlada
 Ar seco desorção – murchamento de frutas e hortaliças
 Ar úmida adsorção – desenvolvimento de fungos
 UR 85 a 90 % frutas e hortaliças
 UR 90 a 95 % folhas e tubérculos
◦ Compatibilidade dos produtos na mesma câmara-fria
16
Tecnologia Congelamento

Congelamento
◦ Imersão em líquido criogênco:




( N2)liquido - rachaduras grde volume
NaCl – restrições de uso - frutas
Açúcar – muito viscosas – baixa temperatura
glicerina
◦ Contato direto
◦ Ar
◦ Temp. de congelamento 10 a 12 < q. temp. de armazenagem

Armazenamento
◦
◦
◦
◦
◦
temperatura mín -18oC (recomendada)
Perda de umidade - ressecamento
Flutuações de temperatura - recristalização
Embalagem hermética
Transporte e distribuição (cadeia de congelação)
17
EQUIPAMENTOS (2)
Fig. 6 – Seleção manual de frutas
Fig. 4 – Espiral de resfriamento
Túnel de congelamento
Fig. 5 - Câmara de congelamento
Fig. 7 - Despolpadeira
18
Túnel de congelamento
19
EQUIPAMENTOS
Balcão frigotérmico
Unidades de frigorificação
N2 líquido
20
TECNOLOGIA E CIÊNCIA
21
Tecnologia e Ciência/ taxa de congelamento
22
Tecnologia e Ciência
Efeitos da taxa de congelamento
na resolubilização de taninos
insolúveis à partir de caqui
Durante e após descongelamento.
Barras indicam S.E. (n3).
23
Tecnologia e Ciência
Fig. 1 Efeitos da taxa de
congelamento na concentração de
tanino soluvel no congelamento de
caqui durante e após
descongelamento.
Barras indicam S.E. (n3).
24
Congelamento rápido e lento e
descongelamento de polpa de caqui
(microfotografia por varredura de elétrons)
(A) Antes do congelamento; (B–D) congelamento lento da polpa; (E–G) congelamento rápido da
polpa; (B) and (E) no início do descongelamento (C) e (F) 6 h após iniciar o descongelamento;
(D) e (G) 24 h após iniciar o descongelamento.
25
Clorofila e Hemoglobina
26
ARMAZENAMETO
Carregamento de
pallets
Tipo de pallets
Armazenagem em
câmara-fria
27
Câmara de resfriamento
carcaças bovinas
28
CONCLUSÕES

Caracterizou-se o emprego do frio bem conservação
de frutas e hortaliças em diversas formas de
apresentação.

Identificou-se a necessidade de seleção de espécies e
variedades vegetais para se aplicar a tecnologia
apropriada.

Apresentou-se as operações que precedem a
utilização das tecnologias de conservação de
produtos de origem vegetal
29
BIBLIOGRAFIA
1.
2.
3.
4.
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30
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
E BIOQUÍMICA
Processamento de
Alimentos pelo Frio
Aula 2 - 2a. parte
Prof. Dr. Estevãn Martins de Oliveira
31
SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO
Fundamento: compressão, liquefação e
expansão de um gás
 Refrigerante muda de estado ao
percorrer 3 partes distintas do sistema:

◦ Compressor
◦ Condensador
◦ Evaporador
32
Compressor
Finalidade- fornecer calor (perdido no
evaporador) ao refrigerante
 Equipamento: bomba vertical ou horizontal com
transmissão.
 Constituição:

◦ Tubo de aspiração e compressão
◦ Válvula aspirante e premente (stuffing box- impede
fugas de gás e entrada de ar atmosférico)
◦ Gás sai do evaporador recebe forte compressão, e
levado ao condensador
33
Condensador
Série de tubos de diferente diâmetro
Unidos em forma de curvas
Com espirais laminares – aproveitamento da
superfície de contato
 Resfriado com corrente de água aspergida na
parte externa.



◦ Ou imerso na água(+ uniforme) + água
◦ Peq. Instalações –resfriamento – ar atmosférico

O gás oriundo do compressor liquefaz-se no
condensador (baixa temp) e segue para o
depósito (novo ciclo)
34
Evaporador
Tubos em serpentina no interior da câmara
(com alimento)
 Refrigerante líquido necessita calor
(latente de vaporização) para mudar de estado
para gás
 A evaporação do refrigerante no evaporador
absorve o calor do ambiente – produto se
resfriará.
 Refrigerante retorna ao compressor na forma
de gás (completo o ciclo)

35
Circuito frigorífico
01 - Válvula reguladora de
pressão de condensação
02 - Válvula de serviço
03 - Filtro secador
04 - Válvula solenóide
05 - Bobina
06 - Visor de líquido
07 - Válvula de expansão
08 - Termostato
09 - Reguladora de gás quente
10 - Evaporador
11 - Motor
12 - Controlador eletrônico
13 - Válvula esfera
14 - Válvula reguladora
eletrônica
15 - Placas de entrada
e saída
16 - Unidade Central
17 - Acumulador de sucção
18 - Filtro de sucção
19 - Válvula reversora
20 - Núcleo
21 - Pressostato de Baixa
22 - Compressor
23 - Pressostato de Alta
e Baixa
24 - Contator
25 - Pressostato de óleo
26 - Filtro de óleo
27 -OMB
28 - Visor de líquido
29 - Separador de óleo
30 - Controle de alta pressão
31 - Termostato de descarga
32 - Condensador
33 - Motor
34 - Reservatório de líquido
35 - Controlador do Ventilador
1
2
3
6
4
7
9
35
34
32
10
14
19
29
13
18
22
21
17
36
Substâncias refrigerantes

Características:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦

Baixo ponto de fusão
Nem inflamável e nem explosiva
Alto calor latente de vaporização
Não corrosiva, nem alterar óleos lubrificantes
Atóxica ao ser humano
Não exigir pressões elevadas para condensar
Baixo custo
Exemplos:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
Dióxido de enxofre
Dióxido de carbono
Cloreto de metila
Amônia
Hidrocarbonetos fluorados: Freon 11, 12, 21,22, 113
Nitrogênio líquido
37
Propriedades dos refrigerantes
Substância
refrigerante
Ponto de ebulição
(oC)
Calor latente de
vaporização
Btu/ lb Cal/g(aprox)
Água
100
970,3
540
Amônia (asfixia)
-33,3
589,3
326
Freon 12
difluordicloro-metano
-29,9
70,8
39
Dióxido de carbono
-87
Dióxido de enxofre
-10
168
Cloreto de metila
-24
184,1
-
-
94
102
38
PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS
ALIMENTOS
Calor específico
 Condutividade térmica
 Entalpia
 Difusividade térmica

39
Calor Específico

Def. energia em quilocalorias Q
que a massa de um quilograma
(m) de produto precisa receber
para elevar a sua temperatura de
1o.C(Dt)
Cp = Q/ m . Dt Kcal/Kg oC
 p – pressão constante(liq. E
sólidos não compressíveis a
diferença entre calor específico à
pressão constante e volume
constante é insignificante
 O Cp aumenta no sentido que o
produto se aproxima do ponto
de congelamento( valor máximo)
 O Cp é função do teor(%) de
água existente no alimento.

Produto
Cp médio
kcal/kgoC
Variação %
Carne
magra
0,85
+- 0,05
Gordura
0,93
+- 0,2
Ossos
0,60
+- 0,1
40
Calor Específico(cont)

A medida de calor transferido durante o
congelamento inclui calor específico e
calor latente
◦ O critério de calor latente utilizado qdo da
mudança de fase a T= K, deve ser empregado
com cuidado.

Outra forma de calcular entalpia
◦ Tabelas e gráficos que a relacionam com a
temperatura
41
Condutividade térmica







k- condutividade da mistura
kc condutividade da fase contínua
kd – condutividade da fase
dispersa
a- 3kc(2kc + kd)
b- Vd/(Vc +Vd)
Vd- volume da fase dispersa
Vc – volume da fase contínua
1  [1  a(kd / kc )]b
k
1  (a  1)b


Identifica o número de calorias
transferido por unidade de área
perpendicular ao fluxo de calor, para
cada grau de diferença de
temperatura, através da amostra e
inversamente para cada unidade de
comprimento na espessura da
amostra na direção do fluxo de calor
Métodos de determinação
◦
◦
Estacionários- valores de T= K em
relação ao tempo
Não estacionários- valores de T variam
em relação ao tempo

Erros na literatura: erros
instrumentais e método empregado
e heterogeneidade de amostras
(umidade, proteínas, gorduras)

Equação de EUCKEN 1940
(misturas)
42
Condutividade térmica (cont)



A variação da k é praticamente linear para
temperaturas entre -23 a -7oC, caindo abruptamente
entre -7 a 0oC, 1/3 e ¼ do valor do produto congelado.
A condutividade do gelo é 4 x > que a da água logo a
condutividade da carne aumentará conforme o % de
gelo.
Condutividade da carne depende da continuidade do
gelo
◦ Congelamento lento – cristais maiores > continuidade
◦ Congelamento rápido – cristais menores < continuidade
43
Difusividade térmica

Importante na transferência de calor
no estado não estacionário

Eq. de Crank (1956) Furier(1978)

k- condutividade térmica
d - densidade
Cp – calor específico




Denominador indica a capacidade do
produto absorver calor
Numerador indica a capacidade em
transferir calor através dele
K
D
d .C p
44
Difusividade térmica(cont.)

Formas de obtenção:
◦ Cálculo com a equação anterior( Olson e Jackson (1942) relação
entre D, a recíproca da inclinação da curva relacionando tempo e
temperatura.
 A base do método é a relação exponencial entre a mudança da T do
produto e o tempo após um certo período de aquecimento,
determinado pela equação de Fourier e com auxílio de uma
dimensão linear dependente da geometria do corpo.
◦ Medindo diretamente
 Dickerson (1955) e Ross (1971) – condições de transferência de
calor onde as temperaturas da amostras aumentam linearmente, de
tal forma a minimizar a dificuldade de se satisfazer as condições
limites.
45
Valores de difusividade térmica para a
carne (Cherneeva)
Difusividade térmica cm2/min
Carne
(a)
Carne
(b)


-30
0,401
Temperatura oC
-20
-10
0
0,259 0,167 0,070
30
0,074
0,338
0,283
0,074
0,183
0,070
(a) carne com 74,5 % de água e alto teor de gordura
(b) carne com 78% de água e baixo teor de gordura
46
EMISSIVIDADE





Cálculo da transferência de calor
por radiação entre diferentes
superfícies
◦ Temperatura
◦ Área
◦ Poder emissor das superfícies
Ea e Ep poder emissor da amostra e
padrão
Relação obtida qdo Ea = Ep
e – difícil de ser medida a baixas
temperaturas (fluxo de radiação nas
superfícies é pequena)
A emissividade decresce com o
aumento da temperatura( perda da
água da carne e gordura ou fusão)
Ea
e
Ep
47
Pressão de vapor

Temperatura na interface entre camada seca e
congelada – assumida como = a temperatura de
equilíbrio do gelo puro à pressão na região.
◦ Causa de erro:na liofilização um erro de +- 2 oC provoca um
erro no fluxo de calor calculado através da lâmina não seca.
◦ calor latente de sublimação do alimento foi calculado pela
utilização da pressão de vapor versus temperatura.
◦ Na estocagem frigorífica ocorre a desidratação do produto:
condições de contato do ar com a superfície do produto.
◦ A taxa de sublimação por unidade é a função da velocidade e a
diferença na pressão de vapor da água entre a superfície de
sublimação e o ar.
48
Calor de respiração

Frutas, hortaliças e tubérculos são organismos
vivos : continuam o processo metabólico após
colheita.
Respiração consumo de O2, calor e água:
C6H12O6 + 6 02  6 CO2 + 6 H2O + calor (674 kcal)


1mg CO2 = 10,7 J(2,56 cal ou 2,56 x 10-3 kcal)

o calor liberado provém da reação exotérmica da
oxidação da glicose
49
Desenvolvimento do produto

Crescimento- divisão celular e crescimento

Maturação: inicia após crescimento e inclui diferentes
processos em função de cada espécie ou variedade

Senescência: processo de síntese é substituído pelo
processo de degradação

Variação da atividade metabólica= alterações físicas e
químicas na estrutura do vegetal.
50
Variação da atividade metabólica

R % relativa de troca

A divisão celular

B – crescimento celular

C- maturação

D – Senescência

E- crescimento do fruto

1 – frutas climatéricas(maçã, pera, abacate, banana)

2- frutas não climatéricas
100
E
E
50
1
1
2
2
A
B
C
Taxa de respiração em função do crescimento
D
51
CARGA TÉRMICA

Projeto do sistema frigorífico
◦ Condições de estocagem a dada temperatura
◦ Custos de investimento, manutenção e amortização

Cálculo da carga térmica:
◦ Fontes de calor:
 através das paredes, piso teto
 Infiltração do ar no interior da câmara
 Carga do produto
 Motores, empilhadeiras, pessoas e iluminação

Condições precedentes a estocagem:
◦ Custo versus qualidadetemperatura de estocagem, movimentação
do ar, umidade relativa propriedades do produto, tipo e dimensões
da embalagem.
◦ Local para construção da câmara: disponibilidade de energia, água e
transporte
52
Dados iniciais (CT)
Clima – cálculo do ganho de calor pelas paredes, piso e teto,
seleção do condensador e ventilação (dados estatísticos x
isolados)
 Água – origem da água (municipal, riacho, mar , poço)
 Energia- voltagem, ciclagem, quantidade máxima fornecida sem
limites ou kWh.
 Produto
◦ Tipo de produto
◦ Quantidade de produto recebido a ser resfriado ou congelado
por dia ou por hora
◦ Temperatura de recebimento ou processamento
◦ Entrada diária na câmara
◦ Acondicionamento utilizado (caixa, tambores, baldes)
◦ Características físicas do produto
◦ Finalidades do produto(venda direta, distribuição, matéria
prima)
◦ Tipo de movimentação que recebe

53
Dados iniciais (CT)(cont)
Descrição da instalação
◦ Localização
◦ Dimensões
◦ Outras observações
 Condição do local
◦ Cópia ou esboço do prédio existente ou
em estudo
◦ Área disponível de terreno ou prédio
◦ Se há liberdade de planejamento
 Observações adicionais

54
Calor dissipado
55
Seleção da espessura ótima de um
isolante
56
Calor equivalente de motores elétricos
57
Calor equivalente de pessoas
58
Condutividade térmica
59
Tempo de congelamento
Ri= Resistência
interna
Re= Resistência de
superfície ao calor
T= -30oC
Tcg= -15oC
Ri=cte 2 métodos
t< p/> coef.
Película=< Re
60
Respiração
61
Tempo de estocagem x temperatura
62
Dimensão x
velocidade e T
do ar x t no
congelamento
63
Isolantes comuns
64
65
Tempo x
temperatura
estocagem
66
Para consultar na web
67
Conclusões
A refrigeração de alimentos é dependente
das propriedades físicas, químicas e
bioquímicas destes.
 A refrigeração está associada ao tipo de
conservação e período desejados.
 Limita-se na dimensão das câmaras-frias e
diferenças entre alimentos.
 Requer alto investimento e tecnologia para
manter a qualidade dos alimentos

68
Para consultar na web

http://www.fao.org/docrep/008/y5979e/y5979e03.htm

http://www.extension.umn.edu/food/food-safety/preserving/freezing/thescience-of-freezing-foods/

www.irc.wisc.edu/file.php?id=192

http://www.ag.ndsu.edu/pubs/yf/foods/fn403.pdf

http://highered.mcgrawhill.com/sites/dl/free/0073398128/835451/Chapter17.pdf

www.fsis.usda.gov/.../food.../food...food.../freezing..

http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/httrapps3.htm#freezing

http://sintak.unika.ac.id/staff/blog/uploaded/5812001244/files/tpp/freezing.pdf

http://www.aseanfood.info/Articles/11015105.pdf

www.febrava.com.br

Reconsul Refrigeração

ASRAE
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