Capítulo 3 - Métodos de Conservação de Alimentos: Uso de

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UFES - Universidade Federal do Espírito Santo
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CCA - Centro de Ciências Agrárias - ERU - Departamento de Engenharia Rural
ENG O5212 Tecnologia de Produtos de Origem Animal I – I/2008 – Prof. Luis César – Website: http://www.agais.com/tpoa1
Capítulo 3 - Métodos de Conservação de Alimentos: Uso de Calor
O suprimento de alimentos para humanidade necessita ocorrer diariamente, no
entanto, a produção de alguns produtos e matéria prima é sazonal. Sendo assim, surge a
necessidade da adoção de técnicas de conservaçãos que fundamentam no controle de três
agentes de deterioração: (i) microrganismos, (ii) enzimas contidas nos próprios alimentos, e
(iii) reações químicas que promovem transformações. Desta forma, é necessário o emprego
de processos que possuem por princípios:
a)
A prevenção ou o retardamento da decomposição microbiana: Isto pode ser feito por
meio de operações, tais como: (i) assepsia, (ii) filtração, (iii) centrifugação, (iv) inibição
de atividade pelo uso de baixas temperaturas, redução do teor de umidade de
alimentos, imposição de condição anaeróbica ou aeróbica, ou adição de aditivos, e (iv)
eliminação dos microrganismos pelo uso de calor, radiações, ou germicidas.
b)
A prevenção ou retardamento da autodecomposição dos alimentos: Isto pode ser feito
por meio de operações, tais como: (i) destruição ou inativação de enzimas, e (ii)
prevenção ou retardamento de reações químicas, como por exemplo, com o uso de
substâncias antioxidantes.
Para demonstrar a necessidade do uso do emprego de métodos de conservação de
alimentos, Deathrage, citado por Camargo et al. (1989), apresenta, Tabela 1. Os dados
referem a uma comparação em que é definido o número de pessoas a alimentar, durante um
determinado período de tempo. Isto considerando as possibilidades de não haver
desperdício. Os cenários comparados referem ao uso de refrigeração e as condições
climáticas pertinentes às regiões frias e quentes.
Tabela 1 – Período de consumo e número de pessoas necessárias para consumir os
produtos, sem desperdício.
Período de Consumo
450 kg de carne de vaca
90 kg de carne de porco
2 kg de carne frango
9 kg de leite pasteurizado
Período de Consumo
9 kg de leite cru
Período de Consumo
450 kg de maças
Período de Consumo
275 kg de pêssego
Número de Pessoas a Alimentar
Uso de
Sem Refrigeração
Refrigeração
Climas Frios
Climas Quentes
14 dias
4 dias
1 dia
80
300
1.200
14
50
200
0,25
1
4
0,70
2,5
100
3 dias
1 dia
0,5 dia
3
10
20
150 dias
40 dias
15 dias
12
50
120
10 dias
4 dias
2 dias
45
150
300
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O método de conservação de alimentos a ser utilizado irá depender de fatores, tais
como: (i) natureza do alimento, (ii) período de tempo a conservar, (iii) custo do processo, e
(iv) os agentes de deterioração envolvidos.
Neste capítulo são discutidos o uso dos processos auxiliares e os métodos de
conservação de alimentos utilizando calor.
3.1 Processos auxiliares
Dentre os processos auxiliares podem ser citados a assepsia, remoção de
microrganismos por meio físico e a imposição de condições anaeróbicas ou aeróbicas.
a) Assepsia
Em sistemas agroindustriais, o termo assepsia significa a adoção de procedimentos
que evitem ou minimizem a contaminação da matéria prima a ser processada, bem como, de
seu produto final. Normalmente, os tecidos dos animais ou vegetais ao serem obtidos são
livres de microrganismos. A partir de suas obtenções as colônias de microrganismos passam
infectá-los e utilizá-los como substrato para o desenvolvimento.
Dentre as medidas utilizadas destacam:
(i) a limpeza e sanitização do ambiente industrial pelo uso de detergentes tipos
alcalinos, ácidos e tensoativos, uso de vapor e/ou água quente e radiação
ultravioleta; e
(ii) limpeza da matéria prima por meio da remoção de impurezas como restos de
vegetais, terra e poeira, o que pode ser feito pelo uso de peneiras, escovas e jatos
de água.
b) Remoção de microrganismos por meio físico
Esta operação não trata de um processo de conservação de alimentos. No entanto
em operações como lavagem, remoção de partes deterioradas, filtração, centrifugação e
sedimentação, pode ser reduzida a população de microrganismos que atuam sobre um
determinado tipo de matéria prima. Desta forma, estes tipos de procedimento podem reduzir
a necessidade do emprego emprego de tratamentos térmicos mais severos durante o
processamento.
c) Imposição de condições anaeróbicas ou aeróbicas.
Na indústria pode ser empregada a substituição do ar presente nos alimentos por
gases inertes como o gás carbônico, e nitrogênio. Assim, é imposto uma condição
anaeróbica. Isto é empregado, principalmente, quando certos esporos de bactérias são
resistentes ao calor, no entanto, este são incapazes de desenvolverem na ausência de
oxigênio. Por outro lado, há tipos de produtos, infestados por bactérias anaeróbicas, que
para dificultar o seu desenvolvimento é recomendado gerar um ambiente com concentração
de oxigênio.
3.2 Conservação de alimentos pelo uso do calor
Os principais métodos de tratamento térmico são: pasteurização, tindalização,
branqueamento, apertização, esterilização e a secagem. A exceção do último tratamento é
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sabido que alguns fatores intrínsecos e extrínsecos ao produto afetam a resistência dos
microrganismos e seus esporos a exposição ao calor. Dentre estes fatores os principais são o
pH, o tipo de meio utilizado para transmissão de calor, e a constituição do alimento.
O pH afeta acentuadamente a tolerância dos microrganismos ao calor. Quanto mais
baixo o pH (maior acidez) menor é a resistência dos microrganismos. Como também, menos
estáveis são as proteínas e enzimas, dos alimentos. A maioria dos microrganismos
patogênicos são completamente inibidos para valores de pH entre 3,0 a 3,5. Desta forma, a
escolha do tipo de tratamento térmico a ser utilizados está altamente relacionado ao pH do
alimento. Em razão disto os alimentos são classificados em dois grandes grupos: (i) pouco
ácidos – pH acima de 4,5, e (ii) ácidos – pH abaixo de 4,5. A Tabela 2 apresenta como o pH
influência à resistência dos esporos da bactéria Bacillus subtilis.
Tabela 2 – Resistência térmica dos esporos da bactéria Bacillus subtilis ao ser alterado o
valor do pH.
pH
4,4
5,6
6,8
7,6
8,4
2
7
11
11
9
Tempo, em minutos, para
destruição a 100 oC
Fonte: Williams (1929) citado por Camargo et al (1989)
O tipo de meio utilizado para transmissão de calor, está associado quantidade de
vapor de água existente no ar utilizado para a condução de calor. O calor seco, baixo valor
de umidade relativa, promove o processo de oxidação sobre os microrganismos, enquanto
que o calor úmido promove com maior eficiência na coagulação de proteínas dos
microrganismos. O que inativa o metabolismo e a procriação. É sabido que os alimentos mais
secos demandam maior quantidade de calor para a esterilização do que os alimentos com
maior teor de umidade.
Quanto à constituição dos alimentos tem-se: (i) a concentração de carboidratos
solúveis no meio aumenta a resistência térmica dos esporos, porque há diminuição da
atividade aquosa (aa), além disto os carboidratos funcionam como isolantes térmicos, (ii) a
presença de sais inorgânicos, tais como o cloreto de sódio (até 4%) pode aumentar a
resistência, mas se a concentração for superior a 8% há decréscimo de resistência, e (iii) as
gorduras aumentam a resistência dos esporos, pois aumentam a probabilidade destes
usarem a gordura como proteção térmica.
3.2.1 Pasteurização
A pasteurização é tipo de tratamento térmico empregado quando: (i) o alimento a ser
conservado (exemplo leites e sucos) é susceptível a danos quando da exposição a altas
temperaturas, (ii) os agentes microbianos causadores das alterações apresentam baixa
termorresistência, e (iii) os agentes competitivos podem ser eliminados sem prejudicar os
agentes benéficos, requeridos em um determinado processo de fermentação. Por exemplo na
fabricação de iogurtes.
Na pasteurização são destruída parte dos microrganismos presentes nos alimentos,
sendo recomendado em sequência o emprego de cuidados complementares, como: o uso da
refrigeração (caso do leite), a adição de açúcar (leite condensado), e/ou o estabelecimento
de condições anaeróbicas como fechamento de recipientes a vácuo.
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Os tipos de pasteurização empregados são:
(i) Pasteurização rápida (HTST high temperature and short time) – como exemplo pode
ser citado o beneficiamento de leite. Neste caso, o produto é submetido à
temperatura de 72oC durante 15 segundos e em seqüência é refrigerado a 5oC. Isto é
possível pela passagem do liquido por trocadores de calor a uma vazão que permite o
contato do leite com a temperatura 72oC por 15 segundos; e
(ii) Pasteurização lenta (LTLT – low temperature, long time) para o leite é empregado a
temperatura de 62 oC durante 30 minutos. Este tipo de tratamento é recomendado
para pequenas unidades industriais, pois o fator limitante é o tamanho do recipiente a
ser utilizado para o aquecimento da matéria prima.
3.2.2 Tindalização
Este método foi proposto pelo físico inglês John Tyndall. O processo consiste em
submeter o alimento a temperaturas, que podem ser de 60 a 90 oC, durante alguns minutos
por várias vezes intercalados de períodos de resfriamento. Assim, o produto é aquecido e em
seqüência refrigerado por 24 horas, período em que os esporos tomam a forma vegetativa.
Em seqüência procede-se novo aquecimento. O número de aquecimentos pode variar de 3 a
12 para a obtenção do nível de esterilização desejado. A vantagem do método está em
preservar as qualidades organolépticas do produto.
3.2.3 Branqueamento
Este processo consiste em mergulhar o alimento em água aquecida ou insuflar vapor
sobre este, durante um curto espaço de tempo, 2 a 10 minutos. É recomendado o imediato
resfriamento em água fria.
O branqueamento é indicado para frutas e hortaliças, em que a principal finalidade de
inativar enzimas. Este tratamento é comumente recomendado antes dos processos de
congelamento, desidratação e apertização. Nestes casos, o tratamento de branqueamento
evita a ocorrência da alteração de cor, sabor, aroma, textura e valor nutritivo.
No processo de apertização (produção de enlatados) o branqueamento possui por
objetivos: (i) remover gases dos tecidos, (ii) inativar enzimas, (iii) promover desinfecção
externa do produto e embalagens, (iv) fixar cor e textura, e (v) pré-aquecer o produto, o que
diminui o tempo de uso da autoclave.
3.2.4
Apertização
O processo de apertização foi patenteado em 1809, pelo confeiteiro parisiense
Nicolas Appert. Ele ganho o premio de 12.000 francos por ter descoberto um processo que
possibilita a conservação de alimentos por um longo período de tempo. O premio foi
proposto em concurso estipulado pelo imperador Napoleão.
O processo descoberto por Appert consistia em acondicionar os produtos em jarros
hermeticamente fechados com rolhas e então aplicar calor por meios de banhos em água
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aquecida por um determinado período de tempo. O tempo de aplicação foi definido
empiricamente.
Em 1810, Peter Durand patenteou o processo semelhante, porém empregando latas.
Esta erá confeccionada em chapas de ferro revestidas de estanho.
Em 1813 o exército e marinha britânica começou a utilizar carnes, sopas e várias
combinações de legumes enlatados. Duas latas deixadas pelo Capitão Edward Parry em sua
expedição ao Ártico em 1824, foram descobertas em 1911 (87 anos após) em boas
condições. Estas foram abertas e consumidas na Inglaterra e continham ervilha e carne de
boi, respectivamente.
Um grande impulso ao processo de apertização foi dado em 1904 com a invenção das
latas recravadas pela Sanitary Can Company. Até então as latas eram lacradas com o uso
de soldas. Na atualidade existem vários modelos de recravadeiras que são as máquinas
utilizadas no fechamento das latas.
Nota: Para maiores detalhes sobre o uso de latas, vidros e outros tipos de embalagens é
recomendado a leitura do Capítulo 6 do livro do Gava (1985).
3.2.4.1 Apertização de Sardinha
No Brasil o peixe mais usado como matéria prima em apertização é a sardinha, e em
seguida o atum e cavalinha. No processamento da sardinha são desenvolvidas as seguintes
operações unitárias:
1. Lavagem e escamação – estas operações são feitas simultaneamente em máquinas
que dispõem de tambores com telas corrugadas. Durante a passagem é feito a
lavagem e remoção das escamas.
2. Evisceração – nesta operação são removidas as vísceras e cabeça. A operação pode
ser manual ou mecânica. Nesta última as vísceras são removidas a vácuo. No caso
de sardinhas cozidas diretamente na lata, nesta etapa também são removidas a
cauda e nadadeiras. Operação que é denominada “toalete”.
3. Salga - a sardinha deve ter concentração de sal próxima a 2 %. A salga é feita em
salmoura concentrada o que pode durar de 1 a 1,5 horas. Sardinha a ser acondiciona
em óleo demanda maior tempo na salga do que as a serem acondicionadas em
molhos de tomate.
4. Cozimento - tem por objetivo remover água dos tecidos dos peixes para torná-los
mais resistentes ao manuseio posterior. Geralmente é empregado vapor a baixa
pressão. Neste operação até 25 % da água do produto pode ser perdida.
5. Exaustão – em latas de pequeno porte esta operação não é realizada. Para maiores é
realizada em ambientes a vácuo ou pode ser feita por meio do tratamento
branqueamento. Outra forma é o enchimento das latas com óleo ou molhos quentes e
procede-se a recravação da lata em seqüência.
6. Recravacão - consiste proceder ao fechamento hermético da lata por meio do
equipamento denominado recravadeira.
7. Tratamento térmico – Apertização – as latas são acondicionas em autoclaves onde
são submetidas à alta pressão e temperatura (aproximadamente 120 oC).
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8. Rotulagem – É procedida a rotulagem do produto conforme as normas do Ministério
da Agricultura.
9. Embalagem e armazenagem – as latas são acondicionadas em caixas de papelão
que são encaminhadas aos armazéns de expedição.
Lavagem e
Escamação
Recracação
Evisceração
Tratamento
Térmico
Salga
Rotulagem
Cozimento
Exaustão
Embamagem e
Armazenagem
Figura1 Fluxograma de apertização de sardinhas.
3.2.4.2 Equipamentos utilizados na apertização
a) Cozedor rotativo
Operam a pressão atmosférica ou sob-pressão. Podem ser empregados no
tratamento térmico de frutas, hortaliças ou qualquer outro tipo de alimento. Os tipos mais
comuns possuem um setor de cozimento e outro de resfriamento. Dentro da estrutura do
equipamento existe uma espiral que conduz as latas de uma extremidade à outra. As latas
movimentam em razão do movimento giratório do tambor. Pelo fato da constante agitação
das latas é acelerada a penetração de calor, o que diminui o tempo de tratamento térmico.
b) Autoclave
Autoclave também denominada retordas, constitui em um recipiente fechado onde os
produtos são submetidos a altas temperaturas sob alta pressão. Nesta condição os produtos
podem ser submetidos a temperaturas superiores a 100 oC sem que haja a ebulição da
água. O que protege a constituição organoléptica dos alimentos. O princípio de
funcionamento das autoclaves é o mesmo das panelas de pressão domésticas.
Os tipos mais comuns de autoclave são a fixa e descontínua, podendo ser vertical ou
horizontal (Figuras 2 e 3). A principal finalidade da autoclavagem é evitar o desenvolvimento
de microrganismos, produzindo em conseqüência um certo cozimento do produto.
Antigamente o tempo, temperatura e pressão a serem utilizadas eram definidos
empiricamente. Na atualidade estes parâmetros são determinados através estudos científicos
altamente desenvolvidos.
O vapor é o meio de transferência de calor na maioria das autoclaves. Água aquecida
normalmente é utilizada no processamento de produtos acondicionados em vidros
c) Esterilizador hidrostático
Esterilizador hidrostático (Figura 4) ou autoclave hidrostática é um sistema contínuo
com capacidade de processamento de 100 a 1.000 latas por minuto. Basicamente o
equipamento consiste em um tudo em U alargado na parte central onde ocorre o tratamento
térmico. As extremidades do são colunas cheias de água, sendo a de entrada com água
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aquecida e a de saída com água fria. As latas ou outros recipientes são conduzidos por meio
de esteiras externamente e dentro do equipamento.
Figura 2 – Uma bateria de autoclaves horizontais
Figura 3 – Autoclave horizontal de grande porte sendo utilizada na esterilização de substrato
para o cultivo de cogumelos
3.2.5
Esterilização
Consiste na destruição drástica da população de microrganismos, o que é
denominado produtos comercialmente estéril.
O tratamento UHT (ultra-high temperature) é muito utilizado no tratamento de cremes
utilizados em café, sucos e leite embalado em caixas. Os produtos são submetidos a entre
120 oC por frações de segundos, tendo em seqüência a rápida redução de temperatura,
quando então são envasados em recipientes especiais. Por causa do nível de temperatura
empregado os produtos podem tem o sabor de cozidos.
3.6 Temperatura e tempo de aquecimento em tratamentos térmicos
Para ser definido a termorresistência de uma da espécie de microrganismo é
necessário conduzir experimentos que visem determinar qual o tempo necessário de
exposição para que seja eliminado 90% da população. Este tempo é uma unidade
fundamental para que seja definido o valor da variável D, sendo que:
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DT = min
Onde,
D = é o tempo necessário expresso em minutos para a redução da população viável de
microrganismo a um décimo do número inicial, e
T = é a temperatura em que fora feito a determinação.
Legenda:
1 – Primeiro estágio de aquecimento.
2 – Selo de água e segundo estágio de aquecimento.
3 – Terceiro estágio de aquecimento.
4 – Seção de aplicação do tratamento.
10 – Primeiro estágio de resfriamento.
10 – Segundo estágio de resfriamento.
7 – Terceiro estágio de resfriamento.
8 – Quarto estágio de resfriamento.
9 – Estágio final de resfriamento.
10 – Polia superior para o acionamento da correia
transportadora.
Figura 4 - Esterilizador hidrostático
Importante frisar que a determinação da variável D refere à população de um
determinado microrganismo, não a população das diversas espécies que estão a infestar o
alimento.
A importância da determinação do valor da variável D está em poder ser calculado
previamente a quantidade de microrganismos a ser destruídos em função do tempo de
aquecimento. Por exemplo, se uma população de microrganismo for exposta ao calor por D
minutos, ao final ter-se-á destruído 90% dos elementos viáveis. Se for repetido o
aquecimento por mais D minutos, a população sobrevivente do primeiro ciclo será reduzida
em 90%, e assim sucessivamente. Para ilustrar este raciocínio é apresentada na Tabela 3 a
percentagem de bactérias mortas em função do tempo de aquecimento. O valor da variável
D é obtido a partir da curva de sobrevivência térmica. A curva (Figura 5) é obtida por meio de
um gráfico em escala semilogarítimica. A ordenada, em escala logarítmica, representa o
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número de células vivas remanescentes de uma suspensão de bactérias (ou esporos), e
abscissa corresponde o tempo de aquecimento a um a temperatura constante.
Tabela 3 – Percentagem de bactérias mortas em função do tempo de exposição ao calor
No de D
Tempo (min)
0
1D
2D
3D
6D
8D
0
2
4
6
12
16
No de
bactérias
viáveis
1.000.000
100.000
10.000
1.000
1
0,01
No de
bactérias
mortas
0
900.000
90.000
9.000
9
0.09
Total de
bactérias
mortas
0
900.000
990.000
999.000
999.999
999.999,99
% mortas
0
90
99
99,9
99,9999
99,999999
Fonte: Camargo et al. (1989)
As bactérias empregadas nos testes de enlatamento, dentre outras, são Putrefactive
anaerobe e Bacillus stearothermophilus, denominadas como PA 3679 e FS 1518. Conforme
as normas americanas em tratamentos térmicos de produtos não ácidos a população de
organismo teste PA 3679 deve ser suficiente para reduzir a população inicial de 1012
indivíduos para 1 individuo. Isto para uma amostra de 1 ml. Portanto o tratamento térmico
deve ser suficiente para promover a redução da população em 12 reduções decimais, ou
seja 12 D.
Para efeito comparativo é sabido: (i) D250 (250F = 121oC) para bactéria PA 3679 varia
de 1,5 a 3,0 minutos, (ii) D250 ( 250F = 121oC) para bactéria FS 1518 varia de 4,0 a 5,0
minutos, e (iii) D150 ( 150F = 66oC) para bactérias láticas varia de 0,5 a 1,0 minuto.
Normalmente os alimentos recebem o tratamento térmico 12 D, no entanto alimentos
ácidos podem receber somente 5 D. Na pasteurização normalmente é um tratamento 4 D,
que significa a morte de 99,99% dos microrganismos que se deseja eliminar.
No. de sobreviventes / ml
10.000
A uma temperatura constate
1.000
100
D
10
10
15
20
30
Tempo - mimuto
Figura 5 - Curva de sobrevivência térmica
O valor de D pode ser determinado para diversas temperaturas, tais como 100, 105,
110, 115, 120 e 125 oC, podendo ser assim construída uma curva dos valores de D.

Capítulo 3 - Métodos de Conservação de Alimentos: Uso de

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