UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE TECNOLOGIA EM ALIMENTOS

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE TECNOLOGIA EM ALIMENTOS ANNA LAURA D. DE ALCANTÂRA GRACIELI DOS SANTOS VINÍCIUS OPERAÇÕES NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS: BRANQUEAMENTO E EXTRUSÃO TRABALHO DE OPERÇÕES UNITARIAS PROFESSOR ADIMILSON LOPES VIEIRA LONDRINA 2014

2 BRANQUEAMENTO 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA O branqueamento é um método de pré-tratamento que é realizado entre o preparo da matéria prima e operações posteriores, pois reduz consumo de energia e de espaço e os custos com equipamentos. O alimento é aquecido rapidamente a uma temperatura predeterminada, mantido durante um tempo estabelecido e rapidamente resfriado a temperaturas próximas à ambiente.os fatores que influenciam o tempo de branqueamento são: o tipo de fruta ou hortaliça; o tamanho dos pedaços do alimento; a temperatura de branqueamento; e o método de aquecimento. Se o alimento não for branqueado acontecem mudanças indesejáveis nas características sensoriais e nas propriedades nutricionais durante a estocagem ou processos posteriores. Um branqueamento insuficiente pode causar um dano maior ao alimento do que a ausência de branqueamento, pois o aquecimento suficiente para romper tecidos e liberar enzimas, mas não inativá-las, acelera o dano ao misturar enzimas e substratos. Entre as enzimas que causam perdas na qualidade nutricional e sensorial em frutas e vegetais encontram-se a lipoxigenase, a polifenoloxidase, a poligalacturonase e a clorofilase. Duas enzimas termorresistentes que são encontradas na maioria dos vegetais são a catalase e a peroxidase. Essas enzimas são utilizadas como marcadores para determinar o sucesso do branqueamento. Os fatores que controlam a taxa de aquecimento no centro do produto são: a temperatura do meio de aquecimento; o coeficiente convectivo de transferência de calor; o tamanho e a forma dos pedaços de alimento e a condutividade térmica do alimento.

3 O branqueamento reduz o numero de microrganismos contaminantes na superfície dos alimentos, remove o ar dos pedaços intracelular, o que aumenta a densidade do alimento e ajuda na formação de vácuo no espaço livre. 2. EQUIPAMENTO E NOVAS TECNOLOGIAS Os métodos mais comuns de branqueamento envolvem a passagem do alimento através de uma atmosfera de vapor saturado ou banho de água quente Branqueamento a vapor O uso é preferencialmente em alimentos com ampla área de corte, de forma simplificada um branqueador a vapor consiste de uma esteira transportadora que leva o alimento através de uma atmosfera de vapor dentro de um túnel. O tempo de residência do alimento é controlado pela velocidade da esteira e pelo comprimento do túnel. Tipicamente, um túnel tem 15 m de comprimento e 1 a 1,5 m de largura. A eficiência de do consumo de energia é de 19% quando são utilizados jatos de água na entrada e na saída para condensar o vapor que escapa. Em outra opção, o alimento pode entrar e sair do branqueamento através de válvulas rotatórias ou selos hidrostáticos, para reduzir as perdas de vapor e aumentar a eficiência de energia para 27%, ou, ainda, o vapor pode ser reutilizado ao passar por uma válvula Venturi. A eficiência de energia é aumentada a 31% utilizando uma combinação de dispositivos hidrostáticos e Venturi. O branqueador a vapor convencionais apresenta as seguintes vantagens; menores perdas de componentes solúveis em água. Volumes menores de efluentes e menores cargas do que branqueadores a água,

4 particularmente com ar de resfriamento no lugar da água. Fáceis de limpar e esterilizar. Desvantagens limpeza limitada do alimento, sendo que também é necessária uma lavagem. Branqueamento desigual se o alimento é empilhado muito alto o transportador. Algumas perdas de massa no alimento 2.2. Branqueadores a água quente Existem diversos desenhos de branqueamentos que mantêm o alimento em água quente entre 70 e 100ºC por um período de tempo especifico, removendo-o posteriormente por uma seção de remoção da água e resfriamento. Podem ser citados os branqueadores rotatórios, branqueadores tubulares, branqueadores resfriadores. Os branqueadores a água quente convencional apresentam vantagem como, menores custos inicial e maior eficiência de energia do que branqueadores a vapor. As desvantagens são; maior consumo de águas e gastos para o tratamento de grandes volumes e efluentes diluído. 3. APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS O branqueamento é aplicado em frutas ou hortaliça para melhorar posteriores operações tais como congelamento e desidratação.

5 4. EFEITOS NOS ALIMENTOS O calor recebido pelo alimento durante o branqueamento causa, inevitavelmente, alguns danos na sua qualidade sensorial e nutricional. A combinação tempo e temperatura utilizada para o branqueamento assegura uma inativação enzimática adequada, mais previne amolecimento perda de sabor excessivo no alimento Nutrientes Durante o branqueamento são perdidos alguns minerais, vitaminas e outros componentes hidrossolúveis. Perdas de vitaminas são devidas, principalmente, a lixiviação, a destruição térmica e um menor grau a oxidação. A extensão das perdas das vitaminas depende de diversos fatores: A maturidade e a variedade do alimento. Os métodos utilizados no preparo do alimento, principalmente o grau de corte ou fatiado. A relação de área superficial por volume das porções do alimento. O método de branqueamento. O tempo e a temperatura de branqueamento (menores perdas de vitamina em temperatura mais alta por períodos de tempo menores). O método de resfriamento. A relação entre a quantidade de água e alimento (tanto a água de branqueamento como de resfriamento).

6 4.2. Cor e sabor O branqueamento clareia alguns alimentos pela remoção de ar e poeira da superfície, alterando, assim, o comprimento de onda da luz refletida. O tempo e temperatura de branqueamento também influenciam na mudança dos pigmentos do alimento. O carbonato de sódio (0,125% p/ p) ou o oxido de cálcio são frequentemente adicionado a água de branqueamento para proteger a clorofila e manter a cor de vegetais verde, apesar de o aumento do ph poder aumentar as perdas de acido ascórbico. Quando branqueada corretamente, a maioria dos alimentos não tem modificações significativas no sabor e no aroma, mais o branqueamento inadequado pode levar ao desenvolvimento de aromas indesejáveis durante a estocagem de alimentos desidratados ou congelados Textura Um dos objetivos do branqueamento e amolecer os vegetais para facilitar o enchimento em recipientes antes do enlatamento, no entanto, quando utilizado para congelamento ou secagem, as condições e temperatura necessária para alcançar a inativação enzimática causam uma perda excessiva na da textura em alguns tipos de alimento e em pedaços grandes de alimentos. O cloreto de cálcio (1 a 2%) e então adicionado à água de branqueamento para formar complexos insolúveis de pectato de cálcio, assim, manter a firmeza dos tecidos.

7 EXTRUSÃO 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A tecnologia de extrusão é um processo de tratamento térmico, que por uma combinação de calor, umidade e trabalho mecânico, modifica profundamente as matérias primas, dando-lhes novas formas, estruturas e características funcionais e nutricionais. O princípio fundamental do processo de extrusão é converter um material sólido em fluido pela aplicação de calor e trabalho mecânico e extrusálos através de uma matriz, promovendo assim, a termo-plastificação do mesmo. O parafuso ao girar, conduz o material na direção de uma matriz, aplicando-lhe um cisalhamento e transformando-o em uma massa uniforme. Combina varias operações unitárias, incluindo mistura, cozimento, amassamento, cisalhamento, formação e moldagem, tendo como princípio básico a conversão de um material sólido ao estado de massa fluída. Os extrusores são classificados de acordo com o método de operação (a frio ou de cozimento) e construção (extrusores de rosca única ou dupla). Devido à intensa ruptura e mistura estrutural que este processo provoca, as reações que, em outros casos, estariam limitadas pelas características funcionais dos produtos e reagentes aplicados, tornam-se mais fáceis. A extrusão é geralmente aplicada no processamento de cereais e proteínas destinados à alimentação humana e animal. O cozimento por extrusão é um processo de alta temperatura e curto tempo (HTST 1 ) que reduz a contaminação microbiana e inativa as enzimas. Entretanto o principal método de conservação dos alimentos extrudados é a baixa atividade de água do produto (0,1 a 0,4), e para alimentos semi-umidos, em particular, o material de embalagem utilizado. A extrusão a frio, na qual a temperatura do alimento permanece próxima a do ambiente, é utilizada para misturar e modelar alimentos como massa e 1 HTNS High Temperature Short Time

8 produtos cárneos. A extrusão a baixa pressão, em temperaturas abaixo de 100 C é utilizada para produzir, por exemplo, alcaçuz, pasta de peixe, surimi e rações para animais. A extrusão alcançou grande popularidade pelas seguintes razões: Versatilidade: uma ampla variedade de produtos é possível pelas alterações de ingredientes, condições de operação do extrusor e forma da trefila. Muitos alimentos extrudados não podem ser produzidos facilmente por outros métodos. Custos reduzidos: a extrusão possui custos de processamento menores e maior produtividade do que outros processos de cozimento e modelagem. Alguns processos tradicionais, inclusive a manufatora de cereais matinais de milho e salsichas, são mais eficientes e baratos quando substituídos por extrusão. Altas taxas de produção e produção automatizada: os extrusores funcionam continuamente e apresentam altas taxas de produção. Qualidade do produto: o cozimento por extrusão envolve altas temperaturas aplicadas em curto espaço de tempo, e o tratamento térmico limitado mantém muitos componentes termossensíveis. Não há efluentes no processo: este é um processo de baixa umidade que não produz efluentes, eliminando custo de tratamento de água e não gera poluição ambiental. A extrusão pode ser vista como um exemplo de processo de aumento de tamanho, no qual alimentos granulados ou em pó são agrupados em peças maiores. Os dois fatores que mais influenciam a natureza do produto extrudado são as propriedades reológicas do alimento e as condições de operação do extrusor.

9 As propriedades da matéria possuem uma influencia importante na textura e na cor do produto. Os fatores mais importantes são: O tipo de matéria prima; Teor de umidade; Estado físico da matéria; Composição química, particularmente quantidade e tipo de amido, proteína, gorduras e açúcares; ph do material umedecido. A composição da matéria prima, sua umidade e tamanho das partículas influenciam na viscosidade do produto no extrusor, e portanto, a viscosidade determina as condições de operação do extrusor e consequentemente a qualidade do produto. Diferentes tipos de matérias primas podem levar a produtos completamente distintos quando as mesmas condições são usadas no mesmo extrusor. Isto é, diferenças no tipo de amidos, proteínas, umidade e outros ingredientes adicionados, resultam em viscosidades diferentes, desse modo características de fluxo diferentes. A adição de ácidos para ajuste de ph da matéria prima altera a gelatinização do amido e o desdobramento das moléculas de proteína. Variações no teor de açucares ou ph podem causar alterações na cor devido a diferentes graus de escurecimento por reações de Maillard. 2. EQUIPAMENTOS 2.1 Extrusores de rosca única O equipamento pode ser visualizado na figura 1, consiste em uma rosca cilíndrica que gira em um canhão cilíndrico, feito de ligas duras ou aço inoxidável endurecido para resistir ao desgaste provocado pela fricção.

10 Figura 1. Extrusor de rosca única. Fonte: FELOWNS, 2006 Os extrusores de rosca única podem ser classificados de acordo com a força de cisalhamento exercida no alimento em: Alto cisalhamento: alta velocidade e pequeno espaço entre a rosca e o canhão, criam altas pressões e temperaturas, necessárias para produzir cerais matinais e salgadinhos expandidos. Médio cisalhamento: para massa de empanamento, proteína texturizada. Baixo cisalhamento: grande espaço entre a rosca e canhão e baixas velocidades criam baixas pressões para modelagem de massa, produtos cárneos e gomas. No cozimento por extrusão grande parte da energia do motor é perdida como fricção, o que rapidamente aquece o alimento. Um aquecimento adicional pode ser alcançado com um canhão encamisado com vapor e ou pelo aquecimento com vapor da rosca, sendo a camisa usada para resfriamento em alguns casos. Os extrusores de rosca única possuem custos de investimentos e operação mais baixos e requerem menos habilidade para operar e manter. São utilizados em aplicações de cozimento simples e moldagem, quando a flexibilidade do equipamento não é necessária.

11 2.2. Extrusores de rosca dupla As roscas dos extrusores de rosca dupla giram em uma concavidade na forma de um 8 no interior do canhão. Os extrusores são classificados de acordo com a direção da rotação e a maneira como as roscas se entrelaçam. As roscas duplas se entrelaçadas em co-rotação, que são auto limpantes, a passo que a rosca raspa o alimento da outra, são as mais aplicadas na indústria de alimentos. Estes equipamentos possuem as seguintes vantagens: Produção é independente da taxa de alimentação, e flutuações na taxa de produção podem ser acomodadas pelo deslocamento positivo das roscas. Extrusores de rosca simples precisam estar totalmente cheios para operarem; Os extrusores de rosca dupla podem trabalhar com materiais oleosos, pegajosos e com alta umidade, além de produtos que escorregam em rosca única; Uma pequena sessão de descarregamento desenvolve a pressão necessária para a extrusão, submetendo menor parte do equipamento a desgaste. Uma mistura de tamanhos de partículas, desde pós finos até grão, pode ser utilizada. As principais limitações dos extrusores de rosca dupla são o alto custo para aquisição e manutenção, sendo até duas vezes o valor para manutenção de rosca única. A complexidade das engrenagens necessárias para movimentar as roscas resulta em limitações no torque, na pressão, e no impulso máximo que pode ser atingido.

12 2.3 Novas tecnologias (Turbo extrusion ) Este sistema utiliza turbinas com pás rotoras. A massa comprimida, com alta viscosidade é transportada, amassada e homogeinizada com melhor eficiência pelos rotores da turbina, em comparação com as máquinas convencionais de rosca simples ou rosca dupla. Neste sistema, existe uma grande diferença de pressão entre os lados dianteiros e traseiros dos braços propulsores do rotor, criada devido à alta viscosidade da massa. A cavitação do equipamento proporciona a mistura e homogeneização perfeitas, garantindo a transferência de temperatura por toda a massa. A rosca convencional no turbo extrusion é basicamente uma unidade de alimentação. Vantagens - Flexibilidade de operação devido ao dimensionamento da turbina, pratos de pressão e colocação sequente de maior número de estágios no equipamento; - Flexibilidade na escolha de matérias-primas e receitas; - É possível processar materiais que contêm gordura, açúcar ou fibras; - O efeito antibacteriano é provocado devido à compressão cíclica e expansão, que é mais alta do que em outras tecnologias de extrusão; - Peças com longa vida operacional; - Limpeza e manutenção simples, rápidas e de baixo custo.

13 5. APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Na extrusão a frio, o produto e extrudado sem cozimento ou distorção do alimento. Possui uma rosca com mais profundidade que opera em baixa velocidade em um canhão liso para extrudar material com pouca fricção. Usado para produzir salsichas, massas e alguns tipos de confeitos. No cozimento por extrusão pressão e temperaturas altas são utilizadas para produzir formar produtos expandidos. A extrusão a quente é um processo HTST que minimiza a perda de nutrientes, reduz a contaminação microbiana e umidade. Como exemplo de processos que utilizam a extrusão por cozimento temos a fabricação de confeitos, produtos de cereais matinais, alimentos a base de proteínas, produtos com carnes de peixe, os extrusores também vem sendo utilizados para a descontaminação de temperos e para a esterilização de sementes de cacau antes da torrefação para a manufatura do chocolate. 6. EFEITOS NOS ALIMENTOS A produção de texturas características é um dos principais aspectos da tecnologia de extrusão. O grau de alterações no amido produz a ampla variedade de texturas de produto que podem ser obtidas. As condições HTST do cozimento por extrusão exercem apenas pequenos efeitos nas cores e nos aromas naturais dos alimentos. As perdas de vitaminas nos alimentos variam de acordo com o tipo de alimento, o teor de umidade, a temperatura do processo e o tempo de residência. Geralmente, as perdas são mínimas na extrusão a frio. As condições de HTST no cozimento por extrusão e o resfriamento rápido durante a saída pela trefila causam perda relativamente pequena na maioria das vitaminas e aminoácidos essenciais.

14 Altas temperaturas e a presença de açucares causam o escurecimento por reação de Maillard e uma redução na qualidade proteica, enquanto temperaturas e concentrações de açúcar mais baixas resultam no aumento de digestibilidade devido ao rearranjo da estrutura das proteínas. REFERÊNCIAS FELLOWS, Peter J. Tecnologia do processamento de alimentos princípios e praticas. 2ºed. Porto Alegre: Artmed, GUERREIRO, Lílian. Produtos Extrusados para Consumo Humano, Animal e Industrial. Disponível em: < Acesso em: 14/02/2014.