PQI 2405 Eng. de Alimentos Conteúdos: 1. Operações unitárias em laticínios 2. Processamento térmico descontínuo 3. Processamento térmico contínuo 4. Congelamento 5. Panificação
LEITE FLUIDO Composição e Valor Nutritivo Definição: O leite é um líquido secretado da glândula mamária das fêmeas dos mamíferos após o nascimento da cria. É um líquido de composição complexa, branco e opaco de sabor doce e valor de ph próximo da neutralidade. A função natural do leite é ser um alimento exclusivo do jovem mamífero durante o período crítico de sua existência após o nascimento. Denomina-se leite, sem outra especificação, o produto normal, fresco, integral oriundo da ordenha completa e ininterrupta de vacas sadias ( Decreto nº 30.691 de 29.03.52 ).
Composição: Composição Média Leite de Mulher Leite de Vaca Água g/l 870 870 Proteínas g/l 16 35 Caseína g/l 5 a 7 27 Lipídios g/l 35 35 a 40 Ác. graxos essenciais g/l 3,5 1 Carboidratos g/l 76 51 Lactose g/l 70 49 Sais Minerais g/l 2,1 7 Vitaminas C mg/100 ml 4 2,1 B1 µg/ 100 ml 16 40 B2 µg/ 100 ml 40 150 B12 µg/ 100 ml 0,18 0,5 A UI/ 100 ml 250 160 D UI/ 100 ml 0,4 a 5,0 0,3 a 4,0 E µg/ 100 ml 1.000 60 a 150
Bioquímica do leite Sistema complexo: suspensão coloidal de glóbulos de gordura e micelas protéicas dispersas na fase aquosa. ph do leite: 6,5 a 6,7 Status bioquímico do leite Composição média Emulsão Solução coloidal/ Solução (%) óleo/água suspensão verdadeira Umidade Lipídios 87,0 4,0 X Proteínas 3,5 X Lactose Cinzas 4,7 0,6 X X
Sistema protéico do leite: caseína (fosfoproteínas): 80% - β lactoglobulina: 10% - α lactoalbumina: 2% Fração caseínica: ponto isoelétrico: 4,7 - α s caseína: 50% - β caseína: 30% - κ caseína: 15% - γ caseína: 5%
Status elétrico da proteína do leite: Se a ph 7,0 e a 37 ºC, com adição de íons Ca ++ : α s coagula; β precipita; κ não é afetada α s e β juntas precipitam α s, β e κ juntas, não tem efeito ph = 6,6 ph 4,7 ph 1 ph 14
Estrutura da Caseína submicela cadeia protéica κ caseína fosfato de Ca grupos PO 4
Bioquímica do leite Lipídios: triglicerídios 97 a 99% fosfolipídios e ésteres (colesterol) Triglicerídios: ácidos graxos saturados 60 a 70% ácidos graxos de cadeia curta voláteis: odor característico Tamanho: 0,1 a 20 µm Tamanho médio: 3 a 4 µm
Bioquímica do leite Carbohidratos: lactose ou galactose 1-4 glicose: dissacarídio de sabor pouco açucarado, substrato da fermentação das bactérias lácticas.
Bioquímica do leite Valor Nutricional: Alimento líquido com matéria seca próx. a de numerosos alimentos sólidos (10 a 13%) Valor energético: 700 kcal/ litro Excelente suporte de Ca, K e riboflavina Qtde. Necessidade Vitamina mg/l mg/dia/adulto A 0,2-2 1 2 B 1 0,4 1 2 B 2 1,7 2 4 C 5 20 30 100 D 0,002 0,01
Obtenção higiênica do leite Qualidade do leite: Seleção do gado, quantidade e qualidade das proteínas. Pagamento pelo conteúdo graxo. Fatores que afetam a qualidade: alimentação e higiene do gado, condições da ordenha, temperatura abaixo de 5ºC. 800 700 Bactérias x 10 6 (UFC/mL) 600 500 400 300 200 100 0 0 4 8 12 16 20 24 28 Tempo (h) T = 30ºC T = 25ºC T = 20ºC T = 15ºC T = 4ºC
Seleção e classificação do leite Leite A Granja leiteira estabelecimento destinado à produção, pasteurização e envase do leite Pasteurizado tipo A para consumo humano Leite B Estábulo estabelecimento destinado à produção, resfriamento e transporte do leite tipo B para o estabelecimento industrial onde será submetido ao beneficiamento Leite C Fazenda Leiteira estabelecimento destinado à produção e transporte do leite tipo C, sem ser submetido a qualquer tratamento térmico, para o estabelecimento industrial, onde será submetido ao beneficiamento posterior
Classificação: Requisito Leite tipo A Leite tipo B Leite tipo C Cru Past. Cru Past. Cru Past. Contagem máx. n=5;c=2; máx. n=5;c=2; máx. n=5;c=2; padrão3 1 104 m=5 102 5 105 m=4 104 1 106 m=1 105 (UFC/mL)** Coliformes (30 35ºC) NMP/mL ** Coliformes (45ºC) NMP/mL** M=1 103 M=8 104 M=3 105 n=5; c=0; n=5; c=2; n=5; c=2; m=1 m=2; M=5 m=2; M=4 n=5; c=0; n=5; c=1; n=5; c=1; m=aus m=1;m=2 m=1;m=2 Salmonella ssp/ máx. n=5; c=0; máx. n=5; c=0; máx. n=5; c=0; 25mL** 6 105 m=aus 6 105 m=aus 1 106 m=aus ** padrões microbiológicos a serem observados até a saída do estabelecimento industrial produtor NMP: número mais provável n: nº de unidades a serem coletadas aleatoriamente de um mesmo lote e analisadas individualmente c: é o nº máx. aceitável de unidades de amostras com contagem entre os limites m e M m: é o número mínimo de contagem encontrado entre as amostras M: é o número máximo de contagem encontrado entre as amostras Fonte: Brasil (2002)(1)
Ordenha
Ordenha: Sabor e odor Limpeza Sedimento Higiene Contagem de células somáticas Contagem de bactérias Conteúdo de proteína Conteúdo de gordura Ponto de congelamento
Armazenamento de leite cru: 1 - agitador 2 - porta de inspeção 3 - indicador de temperatura 4 - eletrodo de nível inferior 5 - indicador pneumático de nível 6 - eletrodo de nível superior Volume: 25.000 a 150.000 L
O marco Louis Pasteur Suas descobertas revolucionaram o conhecimento: 2ª metade do século XIX: interesse pelos problemas de deterioração na cerveja e no vinho 1864: reportou a Academia de Ciências da França que uma vegetação microscópica era responsável pela deterioração Suas descobertas criaram a fundamentação teórica de processo térmico Pasteurização
O conceito Pasteurização O processo de pasteurização está entre os métodos que usam o calor para conservar os alimentos Tem como objetivo destruir microrganismos patogênicos que causam danos à saúde Largamente aplicado em leite por ser veículo de microrganismos causadores de doenças 1º desenvolvido: pasteurização lenta
Invento Trocador de calor a placas TCP Retorno produto cru Pasteurização contínua HTST
Pasteurização: indicador biológico Dois propósitos distintos: Aspecto de saúde pública: destruir todas as bactérias que podem causar danos à saúde (as patogênicas); Manutenção da qualidade do leite destruir algumas enzimas indesejáveis e diminuir o nível de bactérias deterioradoras viáveis; A extensão da inativação microbiana depende da combinação da temperatura-tempo de retenção empregada. A temperatura mínima necessária pelo mínimo tempo de retenção para a pasteurização de leite é baseada no microrganismo mais termo resistente encontrado no leite, Coxiella burnetti.
Pasteurização: indicador biológico No Brasil, como em outros países, a enzima fosfatase alcalina presente no leite cru é considerada o indicador biológico do processo de pasteurização de leite, ou seja, o leite é considerado adequadamente pasteurizado se a enzima foi inativada. Tempo Temperatura ( C)
Caso Leite: 1000 100 Destruição dos MO patogênicos e vitaminas D (min) 10 1 0,1 Não destruição dos MO patogênicos e vitaminas 75 80 85 90 95 100 105 110 115 Temperatura (ºC) Patogênicos (z = 10ºC) Vitaminas (z = 25ºC)
Pasteurização
Exemplo: capacidade da planta: 20.000 L/h, 7 dias por semana. Entrada de leite cru com 3,8 % de gordura e a temperatura de + 4 C; saída de leite padronizado com 3,0% de gordura a temperatura de + 4ºC; saída de creme de leite padronizado com 40% de gordura e a + 5ºC. 1. Tanque de recepção provido de controle de nível 2. Bomba de alimentação 3. Controlador de fluxo 4. Trocador de calor a placas 5. Centrífuga 6. Válvula de pressão constante 7. Transmissor de fluxo 8. Transmissor de densidade 9. Válvula de regulagem 10. Válvula de interrupção de fluxo 11. Válvula para checar o Leite Creme Leite desnatado Leite padronizado Meio aquecedor Meio resfriador Fluxo redirecionado fluxo 12. Homogeneizador 13. Bomba auxiliar 14. Tubo de retenção 15. Válvula diversora de fluxo 16. Painel de controle
Padronização do leite Exemplo: Quantos quilos de creme com 40% de gordura devem ser misturados com leite desnatado com 0,05% de gordura para fazer uma mistura de leite padronizado com 3% de gordura? leite padronizado Creme excedente
Invento para a separação do creme do leite Creme de leite Leite desnatado r w 2 r w Leite integral
Homogeneização do leite Redução dos glóbulos de gordura a aproximadamente 1 µm de diâmetro, a qual é acompanhada por um aumento de 4 a 6 vezes a superfície interfacial gordura/plasma. a b
Análise da distribuição de tamanho 70 Distribuição do volume de gordura (%) 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tamanho do glóbulo (microns) 250 bar 100 bar sem homogeneização
Consumo de energia e influência sobre a temperatura Fluxo: 18.000 L.h -1 T = 65ºC P in = 200 kpa Bomba pistão P 1 = 20 MPa 1º estágio P 2 = 4,8 MPa 2º estágio P out = 400 kpa
Dimensionamento do Pasteurizador de Leite: Os mais importantes parâmetros para dimensionar adequadamente um pasteurizador de leite são: vazão desejada do produto propriedades físicas dos líquidos programa de temperatura perda de carga máxima permitida em ambas as correntes máxima temperatura de operação máxima pressão admissível
Programa de temperatura: O esquema mostrado abaixo indica os perfis de temperatura em uma seção do trocador, geralmente constituída de um arranjo de placas onde as correntes do fluido quente e do fluido frio ocorrem em sentido contra-corrente: Temperatura Temperatura T 1 T 4 T 2 T 3
Trocador de Calor a Placas - TCP 1923: 1º TCP Placas de bronze Após 1930: Placas prensadas aço inox Principal aplicação: Pasteurização de leite e sucos Equipamento versátil: Fácil limpeza Compacto Alta taxa de troca térmica Infinidade de arranjos Máx. pressão: 2,5 MPa Máx. Temp: 150ºC
Trocador de Calor a Placas - TCP Padrões típicos
Configura ções 144 de arranjos TCP 8 canais Nc = 8 configurações possíveis Nc = 80 1 4 1 4 1024 configurações possíveis (a) U (c) Z 4 1 4 1 (b) 2 2 1 4 (d)
Exemplo: Leite Creme Leite desnatado Leite padronizado Meio aquecedor Meio resfriador Fluxo redirecionado
ESTERILIZAÇÃO DO LEITE Objetivo: combina alta temperatura com um período de retardamento para assegurar destruição completa de bactérias formadoras de esporos resistentes ao calor e um rápido resfriamento para minimizar qualquer dano ao produto através do calor. Qualidade do leite: Leite ácido é impróprio. Não deve conter proteínas de soro indicação de colostro A qualidade microbiológica deve ser alta Produtos que serão submetidos à esterilização usualmente contém uma flora mista de células vegetativas e esporos: esporos termoresistente células vegetativas termosensível
Processos: Esterilização indireta: trocadores de calor: 135ºC por 10 a 15 s Esterilização direta: injeção de vapor: 140ºC a 150ºC por 1 a 3 s Embalagem asséptica Distribuição e Armazenamento: T ambiente Vida de prateleira: 3 meses
Alterações causadas pelo processo: Linhas limites: A: representa o limite inferior de combinações T x t que causam escurecimento no leite. B: representa o limite inferior de combinações para completa esterilização. Os valores entre parênteses expressam as temperaturas ótimas de crescimento para os microrganismos formadores de esporos mais importantes.
Sistema UHT Direto: capacidade: 2.000L/h 30.000L/h leite vapor água fria água quente vácuo e condensado fluxo direcionado 1 a Tanque de recepção 1. b Tanque de água 2. Bomba 3. Trocador de calor 4. Bomba 5. Injetor de vapor 6. Tubo de retenção 7. Câmara de expansão 8. Bomba 9. Bomba centrífuga 10. Homogeneizador duplo estágio asséptico 11. Tanque asséptico 12. Embaladora
Sistema UHT Indireto: capacidade 30.000 L/h 1. Tanque de recepção 2. Bomba 3. Trocador de calor 4. Homogeneizador não asséptico 5. Injeção de vapor 6. Tubo de retenção 7. Tanque asséptico 8. Enchimento asséptico leite vapor água fria água quente fluxo direcionado
História da temperatura: UHT Direto UHT Indireto Produtos UHT disponíveis: Leite fluido Leite concentrado Bebidas lácteas Leites fermentados Bebidas à base de soro Mistura de sorvete Bebidas à base de soja Baby foods Sucos de frutas Chá e café Molhos Sopas Purês Dressings Soluções nutricionais
OUTRAS OPERAÇÕES DO LEITE: Concentração Leite pasteurizado e homogeneizado é submetido a processo de evaporação a pressão reduzida (50ºC a 60ºC) Conteúdo final de sólidos: 30% a 35% leite concentrado sem açúcar leite concentrado com açúcar 1. Evaporador 2. Homogeneizador 3. Resfriamento 4. Tanque intermediário 5. Enlatamento 6. Esterilização 7. Armazenamento 8. Tratamento UHT 9. Enchimento asséptico
OUTRAS OPERAÇÕES DO LEITE: Desidratação Leite pasteurizado e concentrado é submetido a secagem por atomização embalagem sob atmosfera de nitrogênio produto de alta qualidade 1. Câmara de secagem 2. Aquecedor de ar 3. Tanque de leite concentrado 4. Bomba de alta pressão 5. Atomizador 6. Ciclone principal 7. Ciclone do sistema de transporte 8. Ventiladores e filtros Valor inicial (%) leite ar pó D diâmetro W massa V volume ST da gotícula (%)
Leites fermentados: Leite pasteurizado contém bactérias lácticas, que utilizam a lactose para fermentar. Leite fermentado mais popular: Iogurte Definição: produto resultante da fermentação láctica de leite integral ou desnatado, concentrado ou não, pelo emprego de cultura láctica selecionada de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus
Cultura do iogurte: starter Lactobacillus bulgaricus: bastonete T mínima de desenvolvimento: 22ºC T ótima: 45ºC a 50ºC Cultura pura coagula entre 6 a 8 horas Streptococcus thermophilus: coco esférico T de desenvolvimento: 20ºC a 50ºC T ótima: 40ºC a 45ºC Cultura pura coagula entre 6 a 8 horas Cultura mista: Melhor resultado é obtido por processo de crescimento por simbiose, na proporção de cocos para bacilos de 1:1 a 2:1.
Simbiose: Relacionamento benéfico de crescimento entre entidades biológicas O S. thermophilus inicia o crescimento tolerante a O 2, o potencial de óxido-redução abaixa (ph 5,2) e favorece o crescimento do L. bulgaricus e no final (ph 4,4) volta a crescer o S. thermophilus (2,5 % de inóculo) ph Acetaldeído (ppm) Bactérias (Log UFC/g) ST LB ph Acetaldeído
Diagrama de blocos de processos: Tipo sólido Tipo batido Pré-tratamento do leite Cultura Tipo líquido Flavorizante Incubação Incubação Adição de estabilizantes, açúcar, frutas Embalagem Resfriamento Mistura Incubação Flavorizante Homogeneização Pasteurização UHT Resfriamento Embalagem Resfriamento Homogeneização Enchimento asséptico Embalagem Embalagem Armazenamento refrigerado Armazenamento ambiente
Diagrama de blocos de processos: Pré-tratamento do leite/ mistura para sorvete Incubação Congelamento Embalagem Maturação Cultura Tipo frozen yoghurt Pré-tratamento do leite desnatado Incubação Concentração Mistura Tipo iogurte concentrado Cultura Soro Creme Armazenamento refrigerado Embalagem
Linha de produção para o iogurte batido: Leite/iogurte meio resfriador meio aquecedor vapor cultura fruta/flavorizantes 6. Tanque dos starters 7. Tanques de incubação 8. Resfriador 9. Tanques pulmão 10. Tanque fruta/ flavorizante 11. Misturador 12. Embaladora
Importância do projeto de implantação de uma fábrica sobre a viscosidade aparente do iogurte: Viscosidade aparente (mpa.s) 43ºC AF 15ºC A B <8ºC Evolução do processo A: projeto adequado da planta B: projeto mal formulado