UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE SÃO LUIS DE MONTES BELOS TECNOLOGIA EM LATICÍNIOS GUSTAVO ANTÔNIO PEIXOTO

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE SÃO LUIS DE MONTES BELOS TECNOLOGIA EM LATICÍNIOS GUSTAVO ANTÔNIO PEIXOTO EFEITO DA TEMPERATURA SOBRE A MICROCRISTALIZAÇÃO DO SORO DE LEITE SÃO LUÍS DE MONTES BELOS 2008

2 1 GUSTAVO ANTÔNIO PEIXOTO EFEITO DA TEMPERATURA SOBRE A MICROCRISTALIZAÇÃO DO SORO DE LEITE Artigo apresentado á universidade Estadual de Goiás como requisito para obtenção do titulo de Tecnólogo em Laticínios. Orientadora: Profª. Esp. Talita Andrade da Silva SÃO LUÍS DE MONTES BELOS 2008

3 2 GUSTAVO ANTÔNIO PEIXOTO EFEITO DA TEMPERATURA SOBRE A MICROCRISTALIZAÇÃO DO SORO DE LEITE Artigo apresentado á Universidade Estadual de Goiás como requisito para Obtenção do titulo de Tecnólogo em Laticínios. Aprovado em: / /. BANCA EXAMINADORA Profª. Esp. Talita Andrade da Silva - UEG Orientadora Profª. Msc. Joice Vinhal Costa UEG Membro Profº. Esp. Flávio de Castro Salles UEG Membro

4 "O saber a gente aprende com os mestres e com os livros. A sabedoria se aprende é com a vida e com os humildes." (Cora Coralina) 3

5 4 RESUMO O soro de leite bovino é a porção aquosa que se separa do coágulo durante a fabricação convencional do queijo ou manufatura de caseína. Contém proteínas de alto valor nutritivo, metade dos sólidos do leite, significativo valor nutricional e apresenta propriedades funcionais. O soro tem três destinos principais: na alimentação humana, na alimentação animal e o seu tratamento para posterior despejo no esgoto. Uma das principais formas de aproveitamento do soro é a secagem por atomização, concentrando e aumentando os sólidos no alimento fluído, evitando a perda de nutrientes, maior eficiência no transporte e armazenamento do produto final. Para um maior rendimento na secagem deve-se controlar a cristalização da lactose. A microcristalização é uma ferramenta muito usada para controlar o número e o tamanho dos cristais de lactose no produto. Este processo de inoculação de lactose em pó, agitação e temperatura controlada é denominado de cristalização induzida, controlada ou forçada. A microcristalização ocorre melhor entre 30 C e 35 C do que a 40 C onde ocorre pouco crescimento de cristais e fica inviável a 20 C, pois a viscosidade retarda a microcristalização. Palavras chave: atomização, lactose, resfriamento.

6 5 ABSTRAT The whey from bovine milk is the watery portion which separates of the clot during conventional manufacture of cheese or casein. It contains proteins of high nutritional value, half of the milk solids, significant nutritional value and shows functional properties. The whey has three main destinations: in the human food, in the animal feed and its treatment for subsequent disposae of sewage. One of the main forms of application of the whey is to spray drying, concentrating and increasing the solid in the fluid food, avoiding the loss of nutrients, greater efficiency in the transport and storage of the final product. For greater incriase in drying should controll the crystallization of lactose. The microcrystallization is a tool so used for controlling the number and crystals size of lactose in the product. This inoculation process of powdered lactose, stirred and controlled temperature is called induced crystallization, controlled or forced. The best microcrystallization occurs between 30 C and 35 C than 40 C where occurs little growth of crystals and is not feasible at 20 C, because the viscosity slows the microcrystallization. Key words: spray drying, lactose, cooling.

7 6 LISTA DE ABREVIATURAS ABIQ DBO SIF Associação Brasileira das Indústrias de Queijo Demanda Bioquímica de Oxigênio Serviço de Inspeção Federal

8 7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Composição média dos principais componentes do soro lácteo Tabela 2 Avaliação do tamanho e quantidade dos cristais no tanque Tabela 3 Avaliação do tamanho e quantidade dos cristais no tanque

9 8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Evaporadores Figura 2 Estrutura química dos isômeros da lactose Figura 3 Núcleos de cristalização Figura 4 Cristais grandes causadores de arenosidade Figura 5 Microcristalização... 17

10 9 SUMÁRIO 1.0 INTRODUÇÃO REVISÃO DA LITERATURA Soro de leite Processo de Evaporação Utilização na Alimentação Humana Utilização na Alimentação Animal Características Físico Químicas da Lactose Microcristalização MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 22

11 INTRODUÇÃO O soro de leite bovino é um subproduto da fabricação do queijo ou da caseína, existente na forma ácida ou doce. Consiste em aproximadamente 85 a 90% do volume do leite usado para a transformação em queijo. Zall (1984) citado por CARMINATTI, 2001, define o soro como fluído obtido pela separação do coágulo do leite integral, creme ou leite desengordurado. No Brasil, o volume estimado de queijo produzido em 1997 foi de toneladas, correspondendo a uma produção de aproximadamente toneladas de soro (HOMEM, 2003; citado por ALVES, 2008). O soro pode ter basicamente três destinos principais: o primeiro seria o uso na alimentação humana, o segundo seria o uso na alimentação animal e o terceiro destino seria o seu tratamento para posterior despejo no esgoto (BRANDÃO, 1994; MATHUR e SHAHANI,1979; citados por CARMINATTI, 2001). O processo de microcristalização da lactose é uma ferramenta muito usada para controlar o número e o tamanho dos cristais de lactose no produto. Os núcleos de alfa lactose induzem a formação de cristais imperceptíveis ao paladar, fato este conseguido pelo eficiente controle da temperatura e agitação do produto, de forma a possibilitar um perfeito encontro entre os núcleos e as moléculas de lactose da solução supersaturada. Este processo de inoculação de lactose em pó, agitação e temperatura controlada é denominado de cristalização induzida, controlada ou forçada (PERRONE, 2006). O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da temperatura na formação e do tamanho dos cristais de lactose após a microcristalização do soro concentrado, possibilitando o controle do número e do tamanho dos cristais formados.

12 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Soro de Leite O soro é um subproduto do processamento do queijo, da caseína ou de algum produto de leite dessorado ou acidificado. Na fabricação de queijos, constitui a porção ou fase aquosa do leite, resultante da dessora do coágulo e pode ser caracterizado como um líquido amarelo-esverdeado e, dependendo do tipo de queijo, pode possuir sabor ligeiramente ácido ou doce. Cerca de 85% a 90% do volume do leite utilizado na fabricação de queijos resultam no soro (dez litros de leite produzem, aproximadamente, um quilo de queijo e nove litros de soro), o qual contém aproximadamente metade dos sólidos do leite. Isso inclui o melhor que o leite pode oferecer como proteínas solúveis, nitrogênio não protéico, sais minerais, vitaminas e, principalmente, a lactose. (ABREU, 2008). Constituído basicamente de água, proteínas, lactose e minerais, quando concentrado, implica na obtenção de vários ingredientes protéicos de alta funcionalidade e valor nutricional. Entretanto, a concentração do soro tem sido realizada apenas ao soro doce, sendo o soro ácido, devido às suas características, geralmente tratado como resíduo.(silva e BOLINI, 2006). O maior componente do soro de queijo é a lactose perfazendo um total de 75% da sua composição. O soro é um subproduto de importância relevante na indústria de laticínios, tendo em vista o volume produzido e sua composição nutricional no qual podemos evidenciar na Tabela 1: Tabela 1 Composição média dos principais componentes do soro lácteo. Componente Teor Água 93,4 Lactose 4,60 Proteína 0,70 Cinzas 0,65 Cálcio 0,10 Fósforo 0,08 Gordura 0,05 Outros 0,42 Fonte: Modificado de MIZUBUTI, De acordo com Juliano et al. (1987), a não utilização racional do soro resultante da fabricação de queijo na indústria de laticínios constitui prática anti-

13 12 econômica e até mesmo anti-social, não só devido à carência mundial de alimentos, mas também pelo caráter sazonal da produção de leite e oscilações desta. No Brasil são produzidas anualmente cerca de toneladas de queijo, segundo a Associação Brasileira das Indústrias de Queijo ABIQ, produzindo também cerca de 3,5 milhões de toneladas de soro (RÉVILLION et al. 2000). O soro pode ter basicamente três destinos principais. O primeiro é o aproveitamento na alimentação humana; o segundo é a utilização diretamente na alimentação animal, e o terceiro destino é o seu tratamento para posterior despejo no esgoto, devido ao seu elevado poder poluente (BRANDÃO,1994). A carga poluente, representada pela Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), varia de a mg.l ¹, dependendo do processo de fabricação do queijo (BRANDÃO, 1994; MARWAHA e KENNEDY, 1988; DEMOTT et al.; 1981; citados por CARMINATTI,2001). 2.2 Processo de Evaporação Uma das operações unitárias fundamentais na indústria de processamento de fluido alimentícios é a evaporação, utilizada para concentrar ou aumentar a concentração de sólidos no alimento fluido. Um dos objetivos primários dessa operação é diminuir o volume do produto e evitar a perda de nutrientes. Essa redução no volume resulta em maior eficiência no transporte e armazenamento do produto final (HELDMAN; SINGH,1981, citados por CASTRO,2006). A principal técnica para a concentração do soro é em evaporadores de múltiplo efeito. É o processo mais utilizado para a concentração industrial. São empregados concentradores de dois, três ou quatro efeitos (Figura 1), para a obtenção de soros concentrados com 20% a 50% de extrato seco.

14 13 Fonte: PERRONE, Figura 1. Evaporadores. Na evaporação, elimina-se o vapor formado pela ebulição de uma solução líquida. Na maioria dos casos, ela se refere à ebulição, obtendo uma solução mais concentrada (GEANKOPLIS, 1993; citado por PERRONE,2006). A secagem contribui para a resolução de problemas básicos, como transporte e armazenamento, além de conservar a maioria de suas qualidades nutricionais (MOSQUIM, 1996; citado por ABREU, 2008). 2.3 Utilização na Alimentação Humana Na alimentação humana o soro pode ser utilizado na forma líquida, concentrado ou em pó, sendo que a forma em pó é geralmente preferida por apresentar maior tempo de armazenamento, podendo ser modificado e/ou misturado com outros produtos servindo a propósitos específicos (MATHUR e SHAHANI, 1979; citados por CARMINATTI, 2001). Pode-se utilizar os componentes individuais do soro, como a lactose e proteínas (GILLIES, 1974 citado por CARMINATTI, 2001). A lactose tem várias propriedades funcionais úteis que tornam sua aplicação desejável em indústrias alimentícias (MATHUR et al.; 1980 citados por CARMINATTI, 2001). O soro tem como propriedades funcionais a prevenção da osteoporose e é utilizada como fonte de energia. As aplicações do soro são inúmeras, incluindo a fabricação de iogurtes, sorvetes, bebidas lácteas, carbonatadas, e alimentos infantis entre outros. O produto

15 14 acabado resultante do processamento do soro de queijo pode ser usado em vários outros setores industriais. Outra interessante aplicação é a produção de ácido lácteo, cujo processo de fermentação dura 24 horas, enquanto o processo Standard utilizado na maioria dos laticínios, necessita de cinco a sete dias (ALVES, 2005). 2.4 Utilização na Alimentação Animal O soro doce e ácido, preferencialmente na forma líquida, é recomendado para a adição na fabricação de silagens, especialmente a silagem de grãos, para a qual o soro fornece nutrientes e o ácido lático como um preservativo. Atualmente, é comum o uso do soro em pó como ingrediente de concentrado ou ração de desmame para bezerros e leitões, respectivamente (WEBB e WHITTIER, 1948; citados por ABREU, 2008). Esta prática tem suas limitações; o grande volume de soro em relação à quantidade de seus nutrientes e a exigências do Serviço de Inspeção Federal (SIF), proibindo o seu transporte em latões de leite, desencorajam muitos fazendeiros de usar o soro na alimentação animal (TORRES, 1988 citado por ABREU, 2008), que só é praticável na forma líquida a curtas distâncias, apesar dos bons resultados, notadamente em suínos e bovinos (PASSOS, 1997 citado por ABREU, 2008). O soro também pode ser usado além da forma líquida, na formas concentrada que consiste em obter o produto com baixo teor de umidade através da retirada parcial da água ou na forma de pó com a finalidade de reduzir o volume abaixando os custos de transportes. 2.5 Características Físico-Químicas da Lactose A lactose é um dissacarídeo formado pela ligação entre a galactose e a glicose. Esta diretamente relacionada com aspectos tecnológicos como reação de Maillard, formação de lactulose, fixação de aromas, fermentação e cristalização. Apresenta-se sob as formas alfa e beta no leite. Estas formas diferem na posição da hidroxila do carbono anomérico. A alfa-lactose possui a hidroxila do carbono anomérico voltado para baixo, enquanto a beta-lactose tem a hidroxila voltada para cima, conforme ilustrado na Figura 2.

16 15 Fonte: PERRONE (2006). Figura 2 Estrutura química dos isômeros da lactose. Existe um fenômeno, no leite e nos produtos lácteos, de mútua transformação de uma forma na outra, denominado mutarrotação. A mutarrotação ocorre em solução aquosa e consiste em um equilíbrio entre as quantidades de alfa lactose e de beta lactose. A distribuição de alfa e beta lactose em solução correspondem a aproximadamente 37,3% de alfa e 62,7% de beta a 20ºC (PERRONE, 2006). 2.6 Microcristalização O processo de microcristalização é uma ferramenta muito usada para controlar o número e o tamanho dos cristais de lactose no produto. Este consiste no resfriamento, para que ocorra a saturação da lactose na solução, adição sob agitação, de núcleos de cristalização. Normalmente é empregada alfa lactose em pó como núcleo de cristalização. A velocidade e a uniformidade da agitação são fundamentais para a homogeneidade dos cristais formados. O resfriamento tem como objetivo supersaturar a solução e favorecer o aparecimento de cristais. Os núcleos induzem a formação de cristais imperceptíveis ao paladar do consumidor, fato este conseguido pela eficiente agitação do produto, de forma a possibilitar um perfeito encontro entre os núcleos e as moléculas de lactose da solução supersaturada (PERRONE et al., 2000), conforme a Figura 3.

17 16 Fonte: PERRONE, 2006 Figura 3. Núcleos de cristalização. Hunziker (1944) citado por Perrone et al., 2000, afirma que o tamanho dos cristais de lactose possibilita o controle da textura do produto final (Figura 4). Fonte: PERRONE, 2006 Figura 4. Cristais grandes causadores de arenosidade. Segundo Bolanowski (1965) citado por Perrone (2006), a microcristalização está inseparavelmente ligada a dois aspectos temporais: o tempo necessário para a diminuição da temperatura do produto ao ponto necessário para ocorrer à cristalização e o tempo necessário para que o cristal cresça sob as condições de cristalização. De acordo com Whittier (1944) e Spreer (1991) citados por Perrone et al., 2000, a lactose possui grande habilidade para a formação de soluções

18 17 supersaturadas. Para evitar a formação de cristais perceptíveis deve-se orientar a cristalização de forma a obter múltiplos cristais pequenos, imperceptíveis ao paladar. Para tal deve-se alcançar um número ao redor de por milímetro cúbico de leite. A adição de lactose em pó, como núcleo de cristalização, com o resfriamento adequado do produto e agitação por 20 a 25 minutos garante uma textura perfeita. À medida que a temperatura diminui, a supersaturação aumenta e a taxa de cristalização torna-se mais rápida, chegando ao seu máximo em uma temperatura de 30 C a 36ºC (PERRONE et al., 2000), conforme a Figura 5. Fonte: PERRONE, Figura 5. Microcristalização. De acordo com Whittier (1944) citado por Perrone et al., (2000), com a contínua diminuição da temperatura, o aumento de viscosidade retarda a formação de cristais e a velocidade de cristalização decresce mesmo antes do final do resfriamento. A cristalização da lactose a temperaturas de inoculação, com alfa lactose, depende de dois fatores: o grau de saturação da solução e a velocidade de mutarrotação e a microcristalização ocorre melhor a 30ºC do que a 25ºC, o que indica a importância da viscosidade sobre a formação e crescimento dos cristais de

19 18 lactose. O autor enfatiza, ainda, que definitivamente existe uma grande desvantagem de se microcristalizar o produto a temperaturas inferiores a 20ºC. Ferramentas de controle para o processo de microcristalização são fundamentais para a execução de um processo adequado. Hough, Martinez e Contarini (1990) citados por Perrone et al., (2000) desenvolveram uma técnica para observação dos cristais ao microscópio. A técnica consiste da observação direta de uma amostra do produto ao microscópio e a determinação do número de cristais por grama e do tamanho médio dos mesmos.

20 MATERIAIS E MÉTODOS O experimento se realizou em um laticínio da cidade de São Luís de Montes Belos GO. No intuito de avaliar o efeito da temperatura na formação dos tamanhos dos cristais de lactose após a microcristalização do soro, foi analisada a temperatura de dois tanques do produto. Para a avaliação, foram feitas quatro medições de temperatura em cada tanque, com termômetro de mercúrio INCOTERM com sensibilidade de -10 C a 110ºC. O soro foi concentrado pelo evaporador de três estágios, atingindo uma concentração de sólidos totais entre 50 e 60%, resfriado a uma temperatura de 50 C e colocado em dois tanques isotérmicos com capacidade de litros cada. Em seguida foi adicionado núcleos de alfa lactose, mantendo a agitação constante a uma velocidade de 12 rotações por minuto até a diminuição gradativa da temperatura desejada no experimento, acompanhando o crescimento dos cristais através da microscopia do soro concentrado. As análises microscópicas foram realizadas nas temperaturas de 40 C, 35 C, 30 C e 20 C, avaliando o tamanho e a quantidade de cristais de lactose presentes. A microscopia foi realizada com o microscópio binocular de modelo 300, 230 V 50/60 Hz, colocando-se 1ml do concentrado com o auxílio de uma pipeta graduada de 5ml em uma lâmina de vidro e visualizando o tamanho e a quantidade de cristais. Os parâmetros adotados para verificar o tamanho dos cristais foram: grandes, médios e pequenos, e a comparação da quantidade foram designadas como: poucos cristais, muitos cristais e cristalização máxima. A cristalização máxima corresponde ao povoamento completo da lâmina de vidro ao visualizá-la no microscópio, já a formação de muitos e poucos cristais correspondem ao pequeno povoamento de cristais na lâmina de vidro. Atingindo um número e tamanho suficiente de cristais, ou seja, com cristalização máxima, o mesmo foi liberado para a secagem por atomização.

21 RESULTADOS E DISCUSSÃO Todas as amostras foram analisadas de acordo com o tamanho e quantidade dos cristais de lactose presentes. No primeiro tanque, obteve-se a cristalização máxima na temperatura de 30 C (Tabela 02), enquanto que no segundo tanque, obteve-se a cristalização máxima a 35 C (Tabela 03). Abaixo de 30 C a cristalização manteve-se até atingir 20 C e a viscosidade do produto aumentou consideravelmente. Tabela 02. Avaliação do tamanho e quantidade dos cristais no tanque 01. Temperatura Tamanho dos cristais Quantidade de cristais 40 C Grandes Poucos cristais 35 C Médios Poucos cristais 30 C Pequenos Cristalização máxima 20 C Pequenos Cristalização máxima Tabela 03. Avaliação do tamanho e quantidade dos cristais no tanque 02. Temperatura Tamanho dos cristais Quantidade de cristais 40 C Grandes Poucos cristais 35 C Médios Cristalização máxima 30 C Pequenos Cristalização máxima 20 C Pequenos Cristalização máxima Segundo Whittier (1944) citado por Perrone (2006), a microcristalização ocorre melhor a 30 C do que a 20 C, o que indica a importância da viscosidade sobre a formação e o crescimento de cristais de lactose. O autor ainda enfatiza que definitivamente, existe uma grande desvantagem de se microcristalizar o produto a temperaturas inferiores a 20 C devido à viscosidade elevada. O experimento mostrou que a microcristalização ocorre melhor entre as temperaturas de 30 C e 35 C e que a 20 C a microcristalização fica inviável, pois a viscosidade elevada retarda a microcristalização, como define Perrone 2006.

22 CONCLUSÃO O presente trabalho mostra a importância da temperatura na formação do tamanho dos cristais na microcristalização induzida da lactose para o processamento do soro concentrado para secagem. O controle da temperatura e a adição de cristais de alfa lactose, são essenciais para a formação de microcristais. O estudo demonstrou que a houve melhor crescimento de cristais entre as temperaturas de 30 C e 35 C e fica inviável a 20 C, pois a viscosidade elevada retarda a microcristalização.

23 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABREU, L.R. Características e formas de aproveitamento do soro do queijo. Universidade Federal de Lavras. Curso de pós-graduação lata sensu à distância p. ALVES, R.L.D. Projeto da rede de captação logística do soro de queijo produzido no Estado de Minas Gerais. Universidade Federal de Viçosa. p Trabalho apresentado como parte das exigências para a conclusão do curso de Engenharia de Produção. Disponível em: acessado em: 09 de dezembro de BRANDÃO, S.C.C. Soro: Um desafio para as Fábricas de Queijos. Leite & Derivados, n.15, p CARMINATTI, C.A. Ensaios de hidrólise enzimática em reator a membrana utilizando beta-galactosidase Kluyveromyces lactis. Universidade Federal de Santa Catarina p. (Dissertação Mestrado em Engenharia Química - CPGENQ 2001) Disponível em: acessado em: 05 de dezembro de CASTRO, S.S. Avaliação experimental e modelagem da elevação do ponto de ebulição do leite adicionado de sacarose. Universidade Federal de Viçosa. 21p Tese apresentada à UFV para a obtenção do título de Magister Scientiae. JULIANO, A.M.M.; PETRUS, J.C.C.; TORRANO, A.D.M. Recuperação por ultrafiltração das proteínas do soro para produção de queijos. Rev. Instit. Latic. Cândido Tostes, Juiz de Fora, v.42, n.251, p.3-6, PERRONE, I.T. Efeito da nucleação secundária sobre a cristalização do doce de leite. Lavras: UFLA, p. (Dissertação Mestrado em Ciência dos Alimentos). Disponível em: PERRONE, I.T. et al. Tecnologia de Fabricação de Doce de Leite. Apostila do Instituto de Laticínios Cândido Tostes, Juiz de Fora, p. RÉVILLION, J. P.; BRANDELLI, A. e AYUB, M. A. Z. (2000), Produção de extratos de leveduras de uso alimentar a partir do soro de queijo: abordagem de elementos técnicos e mercadológicos relevantes. Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 20, n. 2, p Disponível em: acesso em: 05 de dezembro de SILVA, Karla e BOLINI, Helena Maria André. Avaliação sensorial de sorvete formulado com produto de soro ácido de leite bovino. Ciênc. Tecnol. Aliment., jan/mar. 2006, vol.26, no.1, p ISSN