CONGELAÇÃO UTILIZAÇÃO DE BAIXAS TEMPERATURAS NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS

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1 CONGELAÇÃO Ivo Rodrigues 2007/2008 Pressupõe a formação de cristais em que as moléculas de água passam de uma distribuição desordenada (líquido) a um estado de ordenação molecular sólido. Para tal necessitam de suficiente mobilidade e tempo 1

2 Inclui as fases de subarrefecimento, nucleação e crescimento dos cristais, influenciadas por variáveis termodinâmicas, cinéticas e de produto A alteração destas variáveis pode provocar alterações importantes na qualidade do produto congelado Subarrefecimento Arrefecimento do produto abaixo do seu ponto de congelação Permite o início da nucleação 2

3 Nucleação Agregação de um grupo de moléculas numa diminuta partícula ordenada (núcleo de cristalização) O agregado cresce até atingir o raio crítico Um agregado com raio superior ao raio crítico é considerado um núcleo de cristalização activo e o processo de crescimento é espontâneo Nucleação O tamanho critico do núcleo de cristalização é afectado por Energia interfacial Calor latente de fusão E o grau de subarrefecimento (qt maior, menor será o raio critico a partir do qual os núcleos de cristalização alcançam a estabilidade) 3

4 Nucleação Homogénea Sistemas puros c/ formação de cristais tridimensionais (probabilidade quase nula em água pura a 0 ºC) Heterogénea (mais importante nos processos de congelação) Qd o meio não é totalmente puro Exige água arrefecida até -4 ºC e os cristais são bidimensionais Cristalização secundária/por contacto Obtenção de poucos núcleos que produzem cristais grandes, esféricos e de tamanho uniforme (facilita a separação no processo de concentração por congelação) Crescimento dos cristais Depois da nucleação, as moléculas de água movem-se rapidamente para alcançar a estabilidade termodinâmica como cristais de gelo. O crescimento dá-se qd o nº de moléculas que se orientam no sentido de crescimento do cristal é maior que aquelas que se separam A velocidade do crescimento é favorecida na presença de cristais com defeitos em ambiente de subarrefecimento ligeiro 4

5 Crescimento dos cristais Congelação lenta/congelação rápida influência na qualidade dos produtos congelados Frutos e vegetais (mais problemático devido à formação de gelo extracelular) Recristalização O nº de cristais diminui aumentando de tamanho Ocorre a temperatura constante, s/ consequência para a qualidade a temperatura oscilante, com consequências nefastas para a qualidade do produto congelado (textura) O grau de recristalização é reduzido em condições de baixas temperaturas e o mais constantes possível. 5

6 Estado Vítreo Em sistemas com elevadas concentrações de solutos (açucares,...) Quando um líquido se arrefece rapidamente abaixo da sua temperatura de congelação diminuindo a mobilidade das moléculas impedindoas de alcançar a posição de equilíbrio para formar a estrutura cristalina, pelo que a solidificação ocorre de forma desordenada (não formando um cristal (forma ordenada)) Estado Vítreo A contínua separação do gelo (água pura) promove o aumento da concentração de solutos e a diminuição da temperatura de congelação da fase liquida não congelada, o que faz aumentar a viscosidade e restringe a mobilidade das moléculas de água para alcançar as posições de equilíbrio necessárias para a formação de cristais de gelo 6

7 2. Efeitos da congelação sobre os alimentos Modificações da estrutura Alimentos de sistema biológico organizado (frutas, legumes, carne, etc) Alimentos de estrutura celular não organizada (sumos de fruta) Apenas os primeiros estarão em condições de sofrer alterações prejudiciais por congelação 2. Efeitos da congelação sobre os alimentos Modificações da estrutura Danos mecânicos provocados pelo aumento de volume da água ao congelar Volume da água aumenta 9% ao congelar Danos mecânicos provocados pela migração da água Fluxo osmótico da água provoca a desidratação das células provocando a sua plasmólise 7

8 2. Efeitos da congelação sobre os alimentos Disposição espacial dos solutos Redução do ponto de congelação provocado pelo aumento da concentração de solutos Modificações indesejadas ao nível do ph, acidez, viscosidade, pressão osmótica, potencial redox, tensão de vapor e tensão superficial 2. Efeitos da congelação sobre os alimentos Efeito sobre os microrganismos A actividade microbiana é inibida a temperaturas de congelação Só os m.o. psicrófilos se desenvolvem a baixas temperaturas (limite -12/-17 ºC) A -18 ºC (temp. normal de conservação em congelação) não haverá desenvolvimento microbiano) Mas a actividade enzimática (m.o.) pode continuar Apesar da congelação provocar a morte de alguns m.o., os alimentos devem ter uma boa qualidade microbiógica antes de se congelarem 8

9 3. Previsão do tempo de congelação Evolução da temperatura durante o processo de congelação 3. Previsão do tempo de congelação Modelo de Plank t c ρ.l = T T P.a h R.a + k Limitações deste modelo Assume constante a temperatura de congelação, a condutividade térmica e o calor latente de fusão só considera o tempo efectivo de congelação (exclui o tempo de arrefecimento inicial e o tempo até atingir a temperatura final c m 2 9

10 3. Previsão do tempo de congelação Modelo de Nagaoka t c = ρ.l' T T c m P.a h + R.a k 2 L =[ (T 0 -T c )] [c pi (T 0 -T c )+X w.l+c pc (T c -T f ) ]..\ProcessAnimation\animated figures\fig 7_16.htm 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Fenómenos físicos Recristalização Sublimação Desidratação e perda de peso oxidação do alimento Ambos os fenómenos são favorecidos pela oscilação da temperatura de armazenamento 10

11 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Fenómenos Químicos Reacções químicas devido ou não à actividade enzimática. Em produtos de origem vegetal estes problemas resolvem-se com uma operação de escaldão apropriado. 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Efeito combinado do tempo e temperatura e tolerância (factores TTT) qt mais baixa a temperatura maior será o tempo de armazenamento em congelação Há excepções... 11

12 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Factores PPP (product-process-packaging) Produto Natureza e qualidade original da matéria-prima Tempo que decorre entre a colheita e a congelação Perda de peso Perda de turgência Aumento da dureza (ervilhas) e fribrosidade (espargos) 12

13 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Factores PPP (product-process-packaging) Processo Todas as operações do processamento devem ser realizadas nas melhores condições de higiene e de forma a evitar danos mecânicos Escaldão eficaz (teste da peroxidade) Congelação rápida 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Factores PPP (product-process-packaging) Embalagem Quimicamente estável e inerte Sem odor ou subs. que possam migrar para o alimento Impermeável ao vapor de água, subs. voláteis e odores externos Permitir a congelação rápida 13

14 4. Alterações da qualidade durante o armazenamento em congelação Factores PPP (product-process-packaging) Embalagem Permitir o aumento do volume do produto Impermeável aos líquidos Resistente à humidade e baixas temperaturas Opaca à luz (qt necessário) Permita a descongelação por microondas 4. Equipamentos para congelação de alimentos Contacto directo Por ar (sistema mais comum de congelação) Criogénicos A escolha é feita de acordo com o produto, dimensões, forma, embalado ou granel 14

15 4. Equipamentos para congelação de alimentos Contacto directo Para produtos de forma regular Contacto directo do produto com uma placa ou tapete metálico Transferência de calor por condução Tempo curto de congelação desde que o produto seja bom transmissor de calor e tenha pouca espessura 4. Equipamentos para congelação de alimentos Contacto directo Congelador de placas..\processanimation\animated figures\fig7_6.htm..\processanimation\animated figures\fig7_1.htm..\processanimation\animated figures\fig7_3.htm 15

16 4. Equipamentos para congelação de alimentos Contacto directo De tapete 4. Equipamentos para congelação de alimentos Contacto directo Tambor rotativo 16

17 4. Equipamentos para congelação de alimentos Por ar Túneis de congelação (descontinuo) 4. Equipamentos para congelação de alimentos Por ar tapete transportador..\processanimation\animated figures\fig7_4.htm espiral 17

18 4. Equipamentos para congelação de alimentos Por ar Leito fluidizado..\processanimation\animated figures\fig7_7.htm 4. Equipamentos para congelação de alimentos Criogénicos..\ProcessAnimation\animated figures\fig7_8.htm 18

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