Qualidade do leite para o processamento de lácteos concentrados e desidratados. Ítalo Tuler Perrone EPAMIG Instituto de Laticínios Cândido Tostes

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1 Qualidade do leite para o processamento de lácteos concentrados e desidratados Ítalo Tuler Perrone EPAMIG Instituto de Laticínios Cândido Tostes 23 de setembro de 2010

2 Agenda: -Introdução a Tecnologia de lácteos Concentrados e Desidratados -Qualidade do leite versus efeitos tecnológicos -Qualidade do soro versus produção de soro em pó

3 Introdução: aplicação de energia na forma de calor Evaporação da água e retirada de gases Tecnologia de Lácteos Concentrados e Desidratados Obtenção de produtos diferenciados Principais modificações causadas pela concentração: -instabilização protéica; -reação Maillard; - ph; -desnaturação proteínas; -coprecipitação protéica; -cristalização da lactose; -inibição do desenvolvimento microbiano

4 Tecnologia de Lácteos Concentrados e Desidratados Doce de leite (70 a 90 %S.T.) Leite Condensado ( 73%S.T.) Leite em pó ( 96,5% S.L.) Leite evaporado ( 26%S.L.) Concentração do leite e soro Soro em pó ( 96,5% S.L.) Leite concentrado (18 a 48%S.L.) soro concentrado ( 50%S.L.)

5 Objetivos da indústria de Concentrados e Desidratados: -Aumento do tempo de conservação dos alimentos -Redução dos custos com transporte e armazenamento -Otimização de processos industriais -Abastecimento de regiões carentes em alimentos -Obtenção de produtos diferenciados -Reduzir os custos com energia térmica e elétrica na obtenção dos derivados do leite

6 Tabela 01: Relação entre alguns constituintes do leite e seus precursores do sangue. Componentes do leite Precursores do plasma sanguíneo Constituinte Conteúdo (g.kg -1 ) Constituinte Conteúdo (g.kg -1 ) Água 860 Água 910 Lactose 46 Glicose 0,5 Caseínas 26 -lactoglobulina 3,2 -lactoalbumina 1,2 Aminoácidos (aa) 0,4 Lactoferrina 0,1 BSA 0,4 BSA 32 Imunoglobulinas 0,7 Relação direta 15 Enzimas Traços aa, vitaminas - Triacilglicerol 38 Acetato, -hidroxibutirato, alguns 0,1 / 0,06 Fosfolipídios 0,3 lipídios e glicose 2 / 0,5 Citrato 1,6 Glicose 0,5 Cálcio 1,3 Cálcio 0,1 Fósforo 0,9 Fósforo 0,1 Sódio 0,4 Sódio 3,4 Potássio 1,5 Potássio 0,3 Cloro 1,1 Cloro 3,5 Fonte: WASLTRA & JENNESS (1984).

7 Mudança na composição do colostro para o leite Tabela 02: Relação entre alguns constituintes do leite e seus precursores do sangue. Pós parto (h) Proteínas (%) Caseína (%) Albuminas (%) Gordura (%) Lactose (%) S. Totais (%) 0 17,57 5,08 11,34 5,10 2,19 26, ,00 3,51 6,30 6,85 2,71 20, ,05 3,00 2,96 3,80 3,71 14, ,52 2,76 1,48 3,40 3,98 12, ,74 2,63 0,99 2,80 3,97 11, ,76 2,68 0,82 2,80 4,72 11, ,31 2,42 0,69 3,45 4,96 11,13 Fonte: PINHEIRO,H.J.R. et al (1978), apud SILVA,P.H. (2009)

8 Tabela 03: Composição de leites com diferentes contagens de células somáticas Constituinte (%) Leite com baixa contagem de células somáticas Leite com elevada contagem de células somáticas Teor de cada constituinte em relação ao leite com baixa contagem Sólidos não gordurosos 8,9 8,8 99 Gordura 3,5 3,2 91 Lactose 4,9 4,4 90 Caseínas 2,8 2,3 82 Proteínas do soro 0,8 1,3 162 Soro albumina 0,02 0, Sódio 0,057 0, Cloro 0,091 0, Potássio 0,173 0, Fonte: MACHADO et al. apud SILVA,P.H. (1998)

9 Acidez e ph ph = 6,6 0,1 Leite fresco ph > 6,7 Leite de animais com mamite ph < 6,5 Ação microbiana Efeito: -Diminuição da estabilidade térmica do leite. -Aumento do teor de insolúveis em desidratados - Neutralização indesejável. Fonte: WESTERGAARD,V. 2004

10 Teor de extrato seco do leite Tabela 04: Composição média e faixa de variação do leite de vaca (Bos taurus e Bos indicus) Constituinte Conteúdo médio (%m/m) Faixa de variação (%m/m) Água 87,30 85,50-88,70 Extrato seco desengordurado 8,80 7,90-10,00 Lactose 4,60 3,80-5,30 Gordura 3,90 2,40-5,50 Proteína 3,25 2,30-4,40 Substâncias minerais 0,65 0,53-0,80 Ácidos orgânicos 0,18 0,13-0,22 Outros 0,14 - Fonte: Adaptado de WALSTRA & JENNESS (1984)

11 Teor de extrato seco do leite Variações quantitativas de interesse tecnológico: a) Razão entre teor de gordura e de sólidos não gordurosos (S.N.G.) b) Conteúdo de proteínas totais nos S.N.G. c) Conteúdo de lactose nos S.N.G. d) Razão entre teor de proteína total e de lactose e) Razão entre teor de caseína e de albumina f) Razão entre teor de sais e de proteína Fonte: PÍSECKÝ,J. (1997)

12 Teor de extrato seco do leite Tabela 05: Variações nas proporções de alguns constituintes Teor de proteína total nos S.N.G 36,2 48,0 Teor de lactose nos S.N.G. 51,7 54,9 Teor de proteínas/teor de lactose 0,63 1,06 Teor de caseína/s.n.g. 27,6 34,0 Teor de proteínas do soro/s.n.g. 7,4 8,3 Teor de proteínas do soro/caseína 0,19 0,22 Fonte: PÍSECKÝ,J. (1997)

13 Tabela 06: Parâmetros de evaporação e secagem de leite desnatado Parâmetros Evaporador de 5 efeitos com termocompressor Vazão de entrada kg.h -1 Capacidade de evaporação de água kg.h -1 Sólidos entrada/saída 9/50 Consumo de vapor 1610 kg.h -1 Pressão do vapor vivo 10 bar Condensados kg.h -1 Consumo elétrico bombas + torre de resfriamento Consumo de água de resfriamento 85 kw 32 m 3.h -1 Parâmetros Capacidade de evaporação de água Temperatura do ar de entrada Spray Dryer 1400 kg.h ºC Massa de ar kg.h -1 Saída do spray Parâmetros Capacidade de evaporação de água Temperatura do ar de entrada 6 % umidade Vibrofluidizador 40 kg.h ºC Massa de ar 3430 kg.h -1 Saída fluidizador Consumo total de energia secagem 3,5 % de umidade 1918 Mcal Fonte: adaptado de WESTERGAARD,V. 2004

14 Tabela 07: Efeito do aumento no teor de S.N.G. do leite no rendimento industrial do processo de concentração e secagem Parâmetros Leite com 8,5 % S.N.G. Leite com 9,0 % S.N.G. Massa de água (kg) evaporada por hora (evaporador + spray dryer + fluidizador) Volume de leite por hora Massa (kg) de pó (96,5 % S.N.G.) após 20 horas de processo Excedente de leite em pó após 20 horas de produção Aumento de 5,88 % do teor de S.N.G kg Excedente de leite em pó após 30 dias de produção kg Aumento de 6,50 % na produção de leite em pó

15 Processo de Solubilização: Molhabilidade Figura 01: Leite em pó aglomerado Penetrabilidade Dispersabilidade Solubilidade Fonte: NIRO GEA (2006)

16 Integridade da membrana do glóbulo de gordura Figura 02: Esquema para a distribuição da gordura na partícula do leite em pó integral Fonte: VIGNOLLES,ML, et al. (2007)

17 Efeitos da interação entre caseínas e as proteínas do soro: -Desnaturação -Coprecipitação -Aumento na viscosidade -Aumento na estabilidade térmica -Efeitos tecnológicos Fonte: FOX,P.F. & McSWEENEY,P.L.H. (1998)

18 TABELA 08 Significância estatística da correlação entre tempo de escoamento e composição físico-química de leite condensado (n=25). Constituinte Nível de significância Umidade 0,0780 ph 0,3059 Lactose 0,0332 Sacarose 0,4899 Glúcides totais 0,2123 Proteínas 0,0405 Gordura 0,4433 Brix 0,2913 Atividade de água 0,4526 Sólidos não-gordurosos 0,0413 Fonte: SILVA,P.H.F. et al. 2008

19 TABELA 09: Resultados para número e tamanho dos cristais de lactose (n=32) Variável Média geral Desvio padrão Erro Padrão Coeficiente de variação Valor máximo Valor mínimo Tamanho dos cristais ( m) 14,6 6,9 1,22 47,6 41,6 7,1 Número de cristais 3,0 x ,2 x ,7 x ,97 6,6 x ,0 x Fonte: PERRONE,I.T., et al.,2008 -Existe diferença significativa entre o número de cristais de lactose na superfície/centro e no fundo da embalagem, porém não há diferença significativa no tamanho. -Há diferença significativa entre os lotes analisados, em relação ao número e tamanho dos cristais de lactose.

20 Tabela 10: Estatística descritiva para o número e tamanho dos cristais de lactose n=27 Estatística descritiva Valor médio Desvio-padrão Erro padrão da média Coeficiente variação (%) Valor máximo Valor mínimo Número 6,33 x ,82 x10 8 1,12 x ,81 2,38 x ,0 x 10 6 Tamanho (µm) 16,06 9,05 1,74 56,35 38,40 8,00 Fonte: SILVA,P.H.F & PERRONE,I.T.,2009

21 Teor de lactose x teor de proteínas x presença de sujidades Figura 03: Cristais de lactose em doce de leite microcristalizado e com cristalização natural. (Fonte: PERRONE,I.T.,2005).

22 Efeito tecnológico da coprecipitação Figura 04: Esquema de produção do doce de leite. Fonte: MILKAULT (2001)

23 Intensidade Viscosidade Evaporação Cor Viscosidade Evaporação Cor Leite + sacarose Leite + sacarose Influência da evaporação a vácuo Evaporador a vácuo Tacho Influência da evaporação a pressão normal Tacho Ponto e Resfriamento Término da Tecnologia de Fabricação Ponto e Resfriamento Fonte: PERRONE,I.T. (2008)

24 1ª etapa: leite + açúcar, bicarbonato de sódio (redutor), citrato de sódio e fervura 2ª etapa: 20 min após fervura 3ª etapa: 40 min após fervura 6ª etapa: 90 min após fervura Ponto do doce 5ª etapa: 80 min após fervura 4ª etapa: 60 min após fervura Figura 05: Produção de doce de leite ILCT 2008

25 Efeito tecnológico da coprecipitação Incorporação de ar na atomização Aumento na perda de finos Diminuição da solubilidade Viscosidade Figura 06: Esquema de produção de leite em pó. Fonte: MILKAULT (2001)

26 Efeito tecnológico da coprecipitação Figura 07: Partículas de leite em pó após processo de secagem. Fonte: NIRO GEA (2006)

27 Aspectos microbiológicos Tabela 11: Aspectos microbiológicos e enzimáticos relacionados as etapas de obtenção de leite em pó desnatado Parâmetro/Etapa Leite cru Tratamento térmico Evaporação Secagem Envase Conservação Temperatura do produto (ºC) Duração (minutos,dias) 5 72 ou a a Ambiente 0,25 0,25 15 a 20 4 a 5 3 dias 180 %S.N.G a a Psicrotróficos C D Enzimas termorresistentes F R R R R P Legenda: C = crescimento; F = formação; R = Resistência; P = presença; D = destruição Fonte: adaptado de WALSTRA,P. et al. (2001)

28 Intensidade do tratamento térmico durante a produção de leite em pó desnatado WPNI: índice da intensidade do tratamento térmico elevado tratamento médio tratamento baixo tratamento 1,5 6,0 3,5-4,5 leite em pó instantâneo Fonte: AMERICAN DRY MILK INSTITUTE/ADMI (1971)

29 Considerações sobre a microbiologia do leite em pó: -Presença de proteases e lipases (ação em aw 0,1); -Leite em pó integral após 14 dias a 37ºC: 12,5 g.l -1 ácidos graxos livre de cadeia curta (0,37 a 0,82 g.l -1 ranço perceptível) CHEN,L. et al. (2003) Tabela 12: Atividade de água aw de lácteos concentrados e desidratados Produto a w Leite 0,993 Leite evaporado 0,986 Leite condensado 0,83 Leite em pó 4,5% de H 2 O 0,2 Leite em pó 3% de H 2 O 0,1 Leite em pó 1,5% de H 2 O 0,02 Fonte: adaptado de WALSTRA,P. et al. (2001)

30 Considerações sobre a microbiologia do leite em pó: -Streptococcus thermophilus: deve-se conhecer o WPNI do pó; relacionado a qualidade do tratamento térmico. -Presença de esporos: Bacillus cereus e Clostridium perfringens -Leite em pó de elevado WPNI: presença de Clostridium tyrobutiricum e Clostridium butyricum. Fonte: WALSTRA,P. et al. (2001)

31 Efeitos na produção do soro em pó Empedramento no spray dryer Teor de lactose Teor de gordura ph Eficiência na cristalização Teor de sódio Empedramento no fluidizador Soro em pó de baixa qualidade Figura 08: Esquema de produção do soro em pó. Fonte: PERRONE,I.T. (2009)

32 Isoterma de adsorção 40 Soro higroscópico - 1 semana Soro higroscópico - 6 semanas Soro não higroscópico - 6 semanas g H 2 O/100 g sólidos ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 URE % Figura 09: Isoterma de adsorção de pó de soro higroscópico e não higroscópico a 25 C Fonte: FERRUA,F.Q. (2004)

33 Figura 10: MEV para o pó de soro higroscópico armazenado previamente a 1 semana a 25 C e (a) 0,22; (b) 0,33; (c) 0,40 e (d) 0,44 de atividade de água.

34 Figura 11: MEV para o pó de soro higroscópico armazenado previamente a 1 semana a 25 C e (a) 0,53; (b) 0,65; (c) 0,75 e (d) 0,85 de atividade de água.

35 Figura 12: MEV para o pó de soro não higroscópico armazenado previamente a 1 semana a 25 C e (a) 0,53; (b) 0,65; (c) 0,75 e (d) 0,85 de atividade de água.

36 Adição de soro ao leite: -Aumento no teor de lactose no leite concentrado -Tendência a cristalização da lactose -Diminuição da viscosidade do leite concentrado -Mudança no comportamento do pó durante a estocagem

37 massa de água/massa de sólidos (g/100g) (m) Adição de soro ao leite: - Mudança no comportamento do pó durante a estocagem 25 Isoterma obtida a 298,15 K Leite em pó desnatado 25%soro + 75% leite desnatado 50% soro + 50% leite desnatado Soro convencional 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Atividade de água (aw) Figura 13: Isoterma de lácteos desidratados Fonte: PERRONE, et al. (2010)

38 1 -Pré-tratamento Conclusões 2 -Concentração 3 -Cristalização Processos 4 -Homogeneização 5 Spray drying e fluidização Produção Solubilização Condições da solubilização Lácteo desidratado Propriedades físicas Propriedades bioquímicas Qualidade microbiológica Composição e/ou viabilidade de água Estabilidade Condições de estocagem Figura 14: Propriedades dos lácteos desidratados em relação a produção, estocagem e solubilização. Fonte: SCHUCK,P. (2009)

39 Obrigado pela atenção. Contato: (32)