UFSC Universidade Federal de Santa Catarina Depto. de Eng. Química e de Eng. de Alimentos EQA 5221 - Turma 945 Higiene e Legislação de Alimentos AGENTES QUÍMICOS PARA HIGIENIZAÇÃO DETERGENTES 1. Definição e função dos detergentes Um detergente em qualquer substância que, sozinha ou em mistura reduz o trabalho necessário para um processo de limpeza. O trabalho geralmente é feito mecanicamente, ou através de energia físico-química. A limpeza com detergente é talvez, a operação mais importante da higienização, exigindo um conhecimento aprimorado das características dos agentes e das condições de emprego. De uma forma geral podemos afirmar que no processo de limpeza os detergentes: Desempenham papel básico nos processos de limpeza nas indústrias de alimentos. Devem estar condicionados à natureza da sujidade a ser removida. Devem separar as partículas residuais, sem produzir a corrosão dos materiais empregados. 2. Mecanismos de ação dos detergentes Devido à impossibilidade de se ter um detergente ideal, os detergentes devem ser combinados (formulados) de tal forma que os resíduos aderentes possam ser removidos das superfícies por um dos seguintes mecanismos individuais ou combinados: Abrandamento Possibilitam a intervenção ou anulação da dureza da água. Dispersão Produzem a dispersão de aglutinados em flóculos reduzindo-os a partículas primitivas. Atuam de maneira que as películas de minerais não se depositem novamente. Dissolução Transformam os resíduos insolúveis em substâncias solúveis em água. Emulsificação Reduzem as substâncias graxas a inúmeras partículas, possibilitando a formação de emulsão de água e glóbulos graxos. 1
Enxaguamento Remove da superfície dos equipamentos qualquer tipo de suspensão ou de solução. Estas serão removidas sem dificuldade pela água. Molhagem Atuam por contato sobre as sujidades em toda a superfície do equipamento. Penetração O liquido se introduz através de substâncias porosas, de orifícios, de fissuras ou de pequenas aberturas. Peptização Atuam sobre as proteínas, dispersando-as e produzindo colóides em partes solúveis. Saponificação Por ação química entre o detergente e as gorduras, estas são saponificadas, formando sabões que em seguida são retirados do meio. Sequestração Formação de quelantes que impedem a deposição de sais minerais e com isso a sua remoção das superfícies. Suspensão Mantêm as partículas insolúveis, impedindo a sua deposição sobre as superfícies de contato. 3. Características de um detergente ideal 1 Ter veloz e completa solubilidade em água 2 Não corroer o material das superfícies de limpeza 3 Promover o abrandamento da água e remover sua dureza 4 Ter funções umectantes e de penetração 5 Ser emulsificante de gorduras e de determinadas proteínas 6 Peptizar proteínas 7 Favorecer a saponificação de gorduras 8 Dissolver sólidos de origem alimentar 9 Ter ação desfloculante, dispersante ou de suspensão 10 Ser de fácil ação enxaguante 11 Ter propriedades germicidas 12 Possuir facilidade de ajuste do ph, segundo o objetivo da operação 13 Ser econômico 14- Ser atóxico e biodegradável 15- Estável durante o armazenamento 4. Fatores que influenciam na escolha do detergente Na seleção do detergente adequado, vários fatores devem ser levados em conta: Tipo e quantidade de resíduo a ser removido; 2
Natureza da superfície a ser limpa; Qualidade da água disponível; Método de aplicação dos agentes de limpeza; Custo. A natureza da superfície limita a escolha do detergente em função de sua corrosividade frente a determinados compostos. Por exemplo, os agentes fortemente alcalinos têm efeito corrosivo sobre vidro, alumínio, estanho e zinco; neste caso a adição de polifosfatos atenua, mas não elimina a corrosão. A maior resistência à corrosão do aço inoxidável, justifica a sua ampla utilização em equipamentos e materiais em indústria de processamento de alimentos. A composição da água utilizada no processo de limpeza influi na escolha do detergente. Águas que apresentam uma dureza acima de 100ppm em CaCO 3 requerem a adição de agentes seqüestrantes ou quelantes na formulação do detergente, para evitar a formação de depósitos sobre a superfície. 5. Classificação dos Detergentes a) Agentes Alcalinos b) Agentes Ácidos c) Agentes Tensoativos: Aniônicos Catiônicos Não-iônicos Anfóteros d) Agentes Seqüestrantes e Quelantes A - Agentes Alcalinos Em geral estes compostos são eficazes na remoção de materiais orgânicos, incluindo proteínas e lipídeos, porém não são adequadas para remoção de resíduos minerais (por exemplo, pedra de leite ). Os detergentes alcalinos podem ser divididos em fortes e suaves. Os álcalis fortes são: Hidróxido de sódio (NaOH); Metassililicato de sódio (Na 2 SiO 3.5H 2 O) Ortossilicato de sódio (2Na 2 O.SiO 2 (5,5)H 2 O Sesquissilicato de sódio (3Na 2 ).2Si 2.11H 2 O 3
Os álcalis fortes têm efeito corrosivo sobre vidro, alumínio, zinco (incluindo ferro galvanizado) estanho, e são extremamente perigosos para manipulação. Em geral, eles têm poder dissolvente elevado e são relativamente bons dispersantes. Os detergentes alcalinos têm propriedades de umectação e de enxaguadura baixas. São considerados álcalis suaves: Carbonato de sódio (NaCO 3 ) Bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) Sesquicarbonato de sódio (Na 2 CO 3.NaHCO 3.2H 2 O) Tetraborato de sódio ou bórax (Na 2 B 4 O 7.10H 2 O) Fosfato trissódico ou TSP (Na 3 PO 4.12H 2 O) Pirofosfato tetrassódico (NaP 2 O 7 ) Tripolifosfato de sódio (Na 5 P 3 O 10 ) Assim como os álcalis fortes, estes materiais são usados como fonte de oxigênio para remoção de resíduos orgânicos. Com exceção dos polifosfatos, podem reagir com cálcio e/ou magnésio, formando depósitos. Os polifosfatos apresentam boa propriedade de condicionamento de água, e são freqüentemente adicionados com este propósito. Os álcalis suaves são adequados para limpeza manual por serem menos perigosos, porém não são tão efetivos quanto os compostos alcalinos fortes. B - Agentes Ácidos Os detergentes ácidos são mais efetivos na remoção de depósitos minerais. Estes depósitos podem ser formados pela reação entre detergentes alcalinos e os constituintes da dureza permanente da água ou então pela precipitação, pelo calor, da dureza temporária (depósitos conhecidos como pedra de água ). Na indústria de laticínios, por exemplo, depósitos minerais são formados pela precipitação do fosfato tricálcico (Ca(PO 4 ) 2 ) do leite pelo calor na superfície metálica (depósitos conhecidos como pedra de leite ). Os detergentes ácidos são divididos em ácidos inorgânicos e ácidos orgânicos. Ácidos inorgânicos - são corrosivos, entretanto alguns como o ácido sulfúrico, clorídrico e nítrico, são usados pra remover incrustações 4
causadas pela dureza da água e pela precipitação de partículas que aderem aos pasteurizadores em indústrias de laticínios. Ácido Sulfúrico - H 2 SO 4 Ácido Clorídrico- HCl Ácido Sulfâmico NH 2 SO 3 H Ácido Fosfórico H 3 PO 4 Ácido Nitríco HNO 3 O uso de ácidos fortes na limpeza apresenta algumas desvantagens, por seu elevado poder corrosivo e pelos riscos que oferece ao operado. Ácidos Orgânicos são bacteriostáticos e mais seguros de manusear, e podem ser usados em associação com outras substâncias em fórmulas de detergentes. Ácido Lático Ácido Glucônico Ácido Cítrico Ácido Tartárico Ácido Hidroxiacético Ácido acético Ácido Levulínico Na prática, o que se usa é uma formulação que dá origem ao denominado detergente ácido. São usadas concentrações de 0,5% e ph de 2,5 ou menor. Utilizam-se ácidos inorgânicos menos corrosivos como o fosfórico e o nítrico e, também, ácidos orgânicos como o glucorônico, cítrico e tartárico que são efetivos na remoção de incrustações. O poder corrosivo pode ser controlado usando-se compostos nitrogenados heterocíclicos, ariltiouréias e alguns agentes tensoativos. Embora não sejam completamente efetivos, reduzem a corrosão. Desta forma, os detergentes ácidos devem conter em suas formulações agentes tensoativos. Esta formulação apresenta eficiente ação de molhagem e também retarda o crescimento microbiano pela ação residual na superfície. C - Agentes Tensoativos Também chamados de detergentes neutros. Um agente tensoativo é um composto que ao ser adicionado a um meio líquido em baixa concentração, diminui sensivelmente a tensão superficial do meio ao qual ele é introduzido, até a chamada concentração micelar crítica. 5
Esta diminuição da tensão superficial propicia um aumento da capacidade de molhadura do meio líquido e auxilia, assim, no deslocamento da sujidade por meio de molhadura preferencial e também por propriedades dispersivas (suspensão, emulsificação). Os compostos tensoativos são caracterizados pela presença, em uma molécula ou íon, de estruturas hidrofílicas e hidrofóbicas. Além disso, são agentes não corrosivos não irritantes. Tensoativo Aniônico O primeiro agente tensoativo aniônico conhecido foi o sabão. Sua aplicação em indústrias de alimentos tem sido muito restrita, em virtude de serem afetados pela presença de sais de cálcio e magnésio e, também, apresentarem odores muitas vezes desagradáveis numa indústria. Os mais usados são os sulfatos de alquila ou sulfonatos de alquilbenzeno. O lauril sulfato de sódio é um representante deste grupo. Apresentam como desvantagem o fato de produzirem espuma, causando problemas em estações de tratamento de resíduos e nos corpos receptores (rios). Tensoativo Não-Iônico Não se dissociam em solução e podem ser usados juntamente com os aniônicos e catiônicos. São usados como detergentes líquidos. Dentre eles incluem-se, óxidos de etileno condensado com álcoois sintéticos de cadeia longa (álcoois etoxilados). Ex. álcool lauril etoxilado. Alguns destes compostos apresentam a vantagem de formarem pouca espuma, sendo adequados à formulações para higienização por circulação. Tensoativo Catiônico Os tensoativos catiônicos se dissociam em solução produzindo um íon carreado positivamente, e um pequeno ânion inativo. A sua ação como detergente é pequena e seu custo elevado, porém eles possuem excelentes propriedades antimicrobianas, sendo por isso mais empregado na sanificação. Os tensoativos catiônicos serão discutidos no tópico relativo aos sanificantes. Tensoativo Anfótero Podem ser aniônicos ou catiônicos dependendo do ph do meio. Ex.: dodecildiaminoetil glicina que é ativo na forma aniônica. D - Agentes Seqüestrantes e Quelantes Seqüestrantes Estes detergentes impedem a precipitação dos minerais. A água dura empregada na limpeza, por seu conteúdo de cálcio e de magnésio, produz nas superfícies núcleos de precipitação destes minerais, que se transformam em crostas endurecidas. Neste 6
grupo estão os polifosfatos que são empregados em formulações de detergentes. Exemplos: Hexametafosfato de sódio Pirofosfato ácido de sódio Polifosfato tetrassódico Tetrafosfato de sódio Tripolifosfato de sódio Detergentes Quelantes - Função: Tem ação similar aos polifosfatos, ao evitar que os componentes de dureza da água se aglomerem nas superfícies. São utilizados para complexar minerais como: cálcio, magnésio, ferro, manganês dentre outros. Apresentam um custo muito alto e por isso são usados para solucionar problemas específicos. Exemplos: EDTA - Ácido etilenodiaminotetraacético e seus sais de sódio e Gluconato de sódio. 7