Atividade de Água na Indústria de Pet Food. - AquaLab
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Atividade de Água na Indústria de Pet Food. Tânia M. M. Shibata Decagon Devices LatAm. Algumas perguntas antes de iniciarmos a apresentação Um caso real Uma companhia produzia 1000kg/h de ração. Operando 8h/dia; 5 dias/semana; 22 dias /mês (1000kg/h x 8h x 22 dias x 12 meses = 2.112.000Kg/ano) O fabricante vendia a $0,90/Kg (2.112.000 x 0,90 = $ 1.900.800 /ano) Originalmente ele secava o produto a 8% umidade, que correspondia a 0,50aw. Aumentando o valor da atividade de água do produto para 0,65 (10% umidade), o produto permanceu seguro e eles produziram 2,22% a mais por ano, que equivale a 46.886Kg. Eles geraram um adicional de $42.000,00 sem alterar a formulação e com a mesma quantidade de matéria prima. Adicionalmente os custos de produção reduziram pela economia na secagem. Você gostaria de ganhar $42.000,00 extras por ano vendendo água? Isso pode ser alcançado medindo atividade de água do produto ao invés da umidade. Alimentação animal Equilíbrio entre as camadas e com o meio ambiente Fatores que influenciam na velocidade do equilíbrio Área superficial – tamanho das partículas Velocidade do ar Temperatura Pressão atmosférica Atividade de água ≠ Umidade Atividade de água Medida do estado da energia da água em um sistema. (Qualitativa). Uma qualidade interna que não depende da quantidade de amostra. Umidade Quantidade de água presente em uma amostra sobre base seca ou úmida. Uma propriedade extensiva que depende da quantidade de amostra. http://atividadedeagua.blogspot.com.br/ Grão Temperatura °C 5 10 15 20 0,40 10 10 10 10 0,50 12 12 11 11 aw 0,60 13 13 13 13 0,70 15 15 15 15 0,80 18 18 18 17 0,90 22 21 21 21 Milho 5 10 15 20 12 11 11 10 14 13 13 12 16 16 15 14 19 18 17 17 18 18 18 17 22 21 21 21 Sorgo 5 10 15 20 12 12 12 11 14 13 13 13 15 15 15 14 17 17 16 16 19 19 19 18 22 22 22 21 Soja 5 10 15 20 7,7 7,5 7,3 7,1 9,9 9,6 9,4 9,1 12 12 11 11 15 15 14 14 19 19 18 18 26 25 25 24 Trigo duro 5 10 15 20 13 12 12 12 15 14 14 13 17 16 16 15 19 18 18 17 21 21 20 19 25 24 23 23 Trigo macio 5 10 15 20 12 11 11 11 13 13 13 12 15 14 14 14 17 16 16 15 19 18 18 17 22 21 20 20 Cevada Umidade de diferentes grãos acondicionados em diversas URE ou aw Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer Atividade de água = Estado de energia da água Qual a diferença entre a água na esponja e a água no béquer? Entre tantas respostas uma delas é a energia da água. O estado da energia da água na esponja é menor do que o estado da energia da água no béquer. http://aqualabblog.wordpress.com/2012/07/27/basico-sobreatividade-de-agua-por-dr-gaylon-campbell// Definindo Atividade de água - aw Mais algumas perguntas Definições de aw Potencial químico Constante Gases Temperatura µ = µo + RT ln (f/fo) Potencial químico de uma substância pura Fugacidade Definição de atividade de água aw = p/po 1. Equilíbrio 2. Constantes T & P Produto Água pura Definição de atividade Lewis e Randall (1961) : conceito de atividade. A fugacidade é igual a pressão vapor (f = p) aw = f/fo = p/po Pressão de vapor da água na amostra a ºC aw = —————————————————— Pressão de vapor da água pura ºC aw = URE (%) /100 Valores de atividade de água 0,0aw 0,60 aw Água pura 1,00 aw Por que medir atividade de água? Prever o desenvolvimento microbiano Avaliar as reações químicas e vida de prateleira Estabilidade física Embalagem – proteção contra umidade ambiente. Transferência de umidade entre ingredientes Intercâmbio de umidade com o meio ambiente Predição da curva de isoterma – umidade vs aw aw e Microbiologia Fontes de contaminação Durante a fabricação do produto Matéria prima contaminada Manipuladores Ambiente fabril Produto acabado: Consumidor Ambiente residencial Consequências da contaminação Deterioração: Aparecimento do bolor Alteração de cor, textura e viscosidade Produção de bolhas Odor atípico (produção de voláteis com odor desagradável) Fatores que influenciam o desenvolvimento de micro-organismos Atividade de água Temperatura pH Oxigênio Nutrientes Inibidores naturais/preservantes Etc. aw e micro-organismos : 55 anos !! Scott, WJ (pesquisador australiano) 1957 “Water Relations of Food Spoilage Microorganisms” Advances Food Research, 7:83-127 Proliferação microbiana Efeito de vários níveis de aw na curva de crescimento e fase estacionária de Staphylococcus aureus. Proliferação microbiana Efeito de aw na redução do crescimento da bactéria Fase estacionária Fase de proliferação exponencial Fase de latência Adaptado de Troller, J. A. (1987). Adaptation and growth of microorganisms in environments with reduced water activity. In: Water activity: Theory and applications to food Rockland, L. B. and Beuchat, L. R. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101-117. aw Limite de crescimento* de Bactérias Micro-organismo aw Mínima Clostridium botulinum E 0.97 Pseudomonas fluorescens 0.97 Escherichia coli 0.95 Clostridium perfringens 0.95 Clostridium botulinum A, B 0.94 Salmonella spp. 0.95 Vibrio parahaemoliticus 0.94 Bacillus cereus 0.93 Listeria monocytogenes 0.92 Bacillus subtilis 0.91 Staphylococcus aureus (anaerobic) 0.90 Staphylococcus aureus (aerobic) 0.86 * Condições ótimas de pH, temperatura, etc. aw Limite de crescimento* de bolores Micro-organismo aw Mínima Rhizopus nigricans 0.93 Penicillum expansum 0.83 Penicillum islandicum 0.83 Aspergillus fumigatus 0.82 Penicillum cyclopium 0.81 Penicillum martensii 0.79 Aspergillus niger 0.77 Aspergillus ochraceous 0.77 Aspergillus restrictus 0.75 Aspergillus candidus 0.75 Eurotium chevalieri 0.71 Eurotium amstelodami 0.70 Monascus bisporus 0.61 * Condicões ótimas de pH, temperatura, etc. Espécie Micotoxina aw mínima desenvolvimento aw mínima Produção micotoxina Aspergillus flavus Aflatoxina 0,78-0,80 0,83-0,87 Aspergillus parasiticus Aflatoxina 0,82 0,87 Citrinina 0,80 - Aspergillus ochraceus Ocratoxina 0,77-0,83 0,83-0,87 Penicillium cyclopium Ocratoxina 0,81-0,85 0,87-0,90 Penicillium martensii Ácido penicílico 0,79-0,83 0,99 Penicillium cyclopium Ácido penicílico 0,82-0,87 0,97 Penicillium patulum Patulina 0,81-0,85 0,85-0,95 Penicillium expansum Patulina 0,83-0,85 0,99 Aspergillus clavatus Patulina 0,85 0,99 Tricotecina 0,90 - Penicillium citrinum Trichothecium roseum aw e Reações químicas Estabilidade química e bioquímica Oxidação lipídica Degradação de nutrientes Escurecimento não enzimático e reação de Maillard Atividade enzimática aw influencia velocidades de reações: Água atua como: • solvente • reagente • modifica a mobilidade dos reagentes (viscosidade) Oxidação lipídica Degradação de nutrientes Degradação de nutrientes Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9125-60, Phase II, Final Report:10-81. Degradação de nutrientes Kirk, J. R. (1981). Influence of water activity on stability of vitamins in dehydrated foods. In: Water Activity: Influences on Food Quality Rockland, L. B. and Stewart, G. F. eds. Academic Press, New York p.631. Atividade da enzima Atividade da enzima Hidrólise de lecitina (days) Acker, L. & Kaiser, H. (1959). Zeitschrift Fuer LebensmittelUntersuchung Und -Forschung. 110:349-356. Atividade da enzima Drapron, R. (1985) Enzyme activity a a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands. Estabilidade química e bioquímica Atividade de água serve como mapa para predizer que tipo de reação ocorrerá, baseado na composição do produto. Textura do produto em função da região de sorção na isoterma Região 1 (baixa umidade) Seco Duro Quebradiço Encolhido Região 2 (umidade intermediária) Seco Firme / Flexível Região 3 (alta umidade) Úmido Macio Inchado Pegajoso Fluidez do pó e empedramento Para se manter as propriedades de fluidez e prevenir o empedramento de pós Estabelecer o valor de aw crítica Tratamento dos pós para valores abaixo da aw crítica. Utilizar embalagem de alta barreira a umidade Armazenar a baixas temperaturas Saches dessecantes Adição de agentes antiumectantes Migração de umidade Sistemas com multi-fases • Duas regiões distintas com aw diferentes • Água move de área de alta aw para áreas de baixa aw. • A força de condução da água está diretamente relacionada a aw. • Velocidade da migração depende da estrutura de propriedades de difusão do produto. Migração da umidade causa: • mudança na textura / sensorial • crescimento microbiano • reações de degradação • alteração organoléptica • perda de peso do produto embalado Alguns estudos Comportamento da atividade de água de 3 rações comerciais armazenadas em diferentes locais Rev. Bras. Saúde Prod. An., Salvador, v. 12, n.3, p.784-793 jul/set, 2011 Aspectos microbiológicos e físico-químicos de três rações comerciais sob diferentes condições de armazenamento. Atividade de água e umidade de polpa cítrica peletizada Revista Brasileira de Eng. Agrícola e Ambiental, v.5, n.2, p 283 – 287, 2001. Modelagem matemática da atividade de água em polpa cítrica peletizada. Composição da ração com variação somente da quantidade de água adicionada durante o processo de extrusão Murakami, Fabiane Yukiko, Impacto da adição de água no processo de extrusão sobre a digestibilidade e propriedades físico-químicas da dieta para cães. Dissertação (mestrado em Ciências Veterinárias) UFPR, 2010 Murakami, Fabiane Yukiko, Impacto da adição de água no processo de extrusão sobre a digestibilidade e propriedades físico-químicas da dieta para cães. Dissertação (mestrado em Ciências Veterinárias) UFPR, 2010 Moagem Tipo de ração 1 2 3 4 5 Diâmetro Pré condicionador Pós condicionador Pos Peletizador Pós resfriamento Pellet Temp °C aw Temp °C aw Temp °C aw Temp °C aw Pig Starter 3,0 33 0,67 70 0,73 82 0,75 30 0,67 Engorda Frango de corte 3,8 33 0,72 79 0,82 88 0,82 28 0,73 Engorda Frango de corte 3,8 35 0,67 84 0,77 96 0,81 32 0,67 Pato corte 3,8 36 0,67 78 0,79 82 0,79 30 0,71 Pato postura 4,2 33 0,66 60 0,77 77 0,80 34 0,71 Engorda Frango de corte 4,0 35 0,66 60 0,74 79 0,79 33 0,74 Camarão 2,0 34 0,62 79 0,78 108 0,77 34 0,55 Peixe 4,5 32 0,66 70 0,74 88 0,76 34 0,68 Pato corte 4,0 33 0,72 73 0,84 80 0,85 30 0,73 Pig Starter 4,0 32 0,68 82 0,78 88 0,79 32 0,62 Pig grower 4,0 34 0,68 79 0,82 88 0,79 30 0,63 Pig Starter 4,0 39 0,68 82 0,80 85 0,79 34 0,64 Engorda Frango de corte 4,0 38 0,70 76 0,81 81 0,82 35 0,68 Peixe 1,5 36 0,71 88 0,84 94 0,83 34 0,70 Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer Amostras com aw acima de 0,76 fungos surgiram em 3 semanas. Amostras com aw entre 0,70 e 0,75 fungos surgiram entre 40 e 80 dias Os esporoso / fungos tornaramse visíveis após 90 dias de armazenagem. Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer Você sabe o que acontece com a sua ração quando é secada, hidratada e desidratada novamente? 9 Moisture Content (% d.b.) 8 7 6 5 4 3 Produto pode mofar 2 Produto seguro 1 0 0 0.2 0.4 0.6 Water Activity 0.8 1 Considerações Ácaros podem estar ativos a 5°C e acima de 0,65aw e a 40°C acima de 0,60aw. (Decagon, 2003). Rações secas estão abaixo de 0,60 aw Monitorar a atividade de água, ajustar a relação água – sólidos solúveis e adequar a embalagem completam o processo. Secagem adicional ou uso de solutos como sal, sacarose ou sorbitol podem reduzir a atividade de água, entretanto isso pode alterar as características desejadas do produto final. Preservativos como benzoato de sódio, ácido propiônico e sorbato de potássio podem ser usados para controlar o desenvolvimento microbiano. Faotres como pH, micro-organismos alvos, sabor e custo podem ser utilizados na decisão do preservativo apropriado. Isoterma de sorção devem ser traçadas para predizer a estabilidade física do produto, determinar os limites críticos das características desejadas. Rações com alta umidade (0,84aw), como os enlatados, devem ser processados em conformidade as regulamentações para alimentos enlatadas pouco ácidos (21 CFR, Part 113). Essa regulamentação estabelece os fatores críticos como atividade de água a ser usada em conjunção com processamento térmico e deve estar livre de ácaros. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO AQUALAB SERIES 4 Ponto de Orvalho Ponto de Orvalho O espelho se resfria até que se forme o orvalho. Célula fotoelétrica detecta o ponto exato da primeira condensação no espelho. Um termopar grava a temperatura na qual ocorreu a condensação. AquaLab então emite um sinal sonoro e apresenta os valores de atividade de água final e temperatura. Constante dielétrica Sensores dielétricos A umidade altera as propriedades elétricas de um material higroscópico em equilíbrio com o ar que está sobre a amostra. Constante dielétrica ou Capacitância Eletrodo Poroso Cabos Elétricos Polímero Higroscópico Eletrodo Poroso Cuidados com o seu instrumento Sensores sempre limpos Equilíbrio da temperatura Calibração periódica Exatidão Local sem oscilação térmica 7,5 ml de amostra representativa Preparo de amostra John Z. www.aqualab.com Frutas frescas, produto cárneos / Sabonetes, baton: cortar em pequenos pedaços Realizar a leitura imediatamente. Oxidação e perda de água para ambiente alteram o valor real de aw. Oleaginosas, cereais, grãos em geral: triturar ou moer a amostra. O longo tempo moendo e o aumento da temperatura durante a moagem podem alterar o valor de aw. Ração dura / Comprimidos: quebrar em gral ou triturar levemente. Rações e comprimidos pequenos podem ser lidos íntegros. Ração macia contendo propileno glicol: o mesmo procedimento anterior, entretanto necessita de leitura imediatamente após a trituração e com sensor apropriado. Caramelos, caldas, méis, geléias, cremes: não necessitam de preparo, colocar uma alíquota na cápsula e realizar a leitura. Sucos e lácteos concentrados, soluções, xampu, loções: adicionar na cápsula e realizar a leitura. Pós, farinhas, liofilizados, spray dry: requerem cuidados extras como após adicionadas na cápsula de amostra leitura imediata em ambiente com temperatura controlada, evitar que o pó fino contamine o sensor . Preparo de amostra amostra sem preparação um corte ou fatia triturado em gral aw aw aw (oC) (oC) (oC) Biscoito 0,233 24,8 0,234 24,7 0,235 27,2 Comprimido antiácido revestido 0,299 25,4 0,300 25,9 0,294 26,1 Forma farmacêutica sólida OTC 0,458 25,4 0,300 25,9 0,348 25,9 Uva passa revestida chocolate 0,345 26,0 0,345 26,0 0,421 26,1 Dados não publicados Decagon Devices Instrumentos Decagon Conclusão Para produzir uma ração segura e comercialmente viável, a atividade de água deve ser analisada no desenvolvimento do produto e na garantia da qualidade. Os valores de atividade de água são extremamente importantes em qualquer tipo de ração, visto que desempenha papel na estabilidade física, química e biológica do produto. Há vários métodos para analisar e determinar o efeito da atividade de água mesmo em formulações especiais. O desafio da indústria de ração é utilizar a correta combinação de ingredientes, processamento e embalagem para criar produtos seguros e com padrão de qualidade, encontrar os parâmetros dos custos, manter a integridade do projeto e satisfazer o consumidor. by R.A. Timmons, North American Biosciences Center, Alltech Inc Agradecemos a sua participação Decagon Devices LatAm R. José Alves dos Santos, 281 Sala 102 Floradas de S. José 12.230-081 S.J dos Campos – SP Fone: (12) 3307-1016 [email protected]