Slide - Aula 13 - Extrusão de Alimentos - Processamento e Tecnologia de Alimentos - 2023-1

06/07/2023 1 ZEA 0567 - Processamento e Tecnologia de Alimentos Aula 13: Extrusão de alimentos Prof. David W. Bertan david.bertan@usp.br 2023 Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Alimentos IMPORTANTE … CRONOGRAMA DA DISCIPLINA – EA Diurno (sex 08-12h) Semana Data Atividade 1 17/03 Aula teórica - Introdução à Disciplina 2 24/03 Aula teórica - Branqueamento, Enchimento a quente 3 31/03 Aula teórica - Pasteurização, Esterilização 07/04 Semana Santa 4 14/04 Aula prática 3 - desidratação: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 21/04 Tiradentes 5 28/04 Aula teórica - Concentração 6 05/05 Aula teórica - Desidratação 7 12/05 Aula prática 1 - tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 8 19/05 Prova 1 9 26/05 Aula teórica - Fritura; revisão da Prova 1 10 02/06 Aula teórica - Refrigeração, Congelamento 09/06 Recesso Corpus Christi 11 16/06 Aula prática 2 - produção de geleia e avaliação do tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 12 23/06 Aula teórica - Exercícios 13 30/06 Visita Técnica no Laticínio da FZEA/USP 14 07/07 Aula teórica - Extrusão, Irradiação, Conservadores 15 14/07 Prova 2 24/07 Prova de recuperação (segunda-feira, 18h) IMPORTANTE … CRONOGRAMA DA DISCIPLINA – EA Noturno (sáb 08-12h) Semana Data Atividade 1 18/03 Aula teórica - Introdução à Disciplina 2 25/03 Aula teórica - Branqueamento, Enchimento a quente 3 01/04 Aula teórica - Pasteurização, Esterilização 08/04 Semana Santa 4 15/04 Aula prática 3 - desidratação: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 22/04 Tiradentes 5 29/04 Aula teórica - Concentração 6 06/05 Aula teórica - Desidratação 7 13/05 Aula prática 1 - tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 8 20/05 Prova 1 9 27/05 Aula teórica - Fritura; revisão da Prova 1 10 03/06 Aula teórica - Refrigeração, Congelamento 10/06 Recesso Corpus Christi 11 17/06 Aula prática 2 - produção de geleia e avaliação do tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 12 24/06 Aula teórica - Exercícios 13 30/06 Visita Técnica no Laticínio da FZEA/USP (sexta-feira) 14 08/07 Aula teórica - Extrusão, Irradiação, Conservadores 15 15/07 Prova 2 24/07 Prova de recuperação (segunda-feira, 18h) 06/07/2023 2 IMPORTANTE … IMPORTANTE … Extrusão Extrusão: processo contínuo que combina várias OPs Mistura Transporte Cozimento Amassamento Moldagem Definição 06/07/2023 3 Extrusão Por que usar a extrusão? Produzir ampla gama de produtos: cereais matinais, salgadinhos, biscoitos, massa, confeitos, análogos de carne de soja, rações para animais de estimação etc. Objetivo principal  origina produtos únicos: que não podem ser produzidos facilmente por outros métodos  versatilidade de produtos: alterando ingredientes, condições de operação e forma da trefila  ↓ custo de processamento: comparado a outros processos de cozimento ou modelagem  ↑ taxas de produção: 1200 kg/h cereais, 315 kg/h salgadinhos, 9000 kg/h rações animais  ausência de efluentes: elimina custos de tratamento de resíduos e de água Extrusão Vantagens Extrusão Trefila • Extrusão a frio (T alimento < 100 °C) • Extrusão a quente (T alimento > 100 °C) Equipamentos/Princípios de Operação 06/07/2023 4 Extrusão Equipamentos/Princípios de Operação  MP alimentada no canhão  rosca(s) conduzem o alimento pelo canhão  volume é restrito e o alimento fica comprimido  rosca(s) amassa(m) a MP sob pressão em uma massa semissólida e plástica  massa expelida pelas aberturas restritas (trefilas) na saída do canhão Trefila - com 1 parafuso - com 2 parafusos Parâmetros de operação + importante: - T - P - D abertura da trefila - Taxa de cisalhamento __ Temperatura --- Pressão Extrusão Equipamentos/Princípios de Operação Rosca dupla Rosca simples 06/07/2023 5 Extrusão Equipamentos/Princípios de Operação Rosca simples Alto cisalhamento - cereais matinais e salgadinhos expandidos Médio cisalhamento - proteína texturizada e ração semiúmida Baixo cisalhamento - modelagem de massa, produtos cárneos, gomas - ↓ custo de investimento - ↓ custo de operação - utilização mais simples - + utilizados: - cozimento simples - moldagem Extrusão Equipamentos/Princípios de Operação Extrusão Equipamentos/Princípios de Operação Rosca dupla - ↑ custo - ↑ flexibilidade e controle - ↑ interesse - operação mais difícil - conseguem operar com produtos oleosos, bem viscosos, úmidos e pegajosos 06/07/2023 6 Extrusão Equipamentos/Princípios de Operação Seleção:  densidade aparente  natureza dos ingredientes  taxa de produção requerida  propriedades sensoriais desejadas Extrusão Modelos de bocais/trefilas Extrusão 06/07/2023 7 Extrusão Proteína texturizada de soja: extrusão destrói enzimas, ↑ digestibilidade e vida de prateleira Cereais matinais: MP ricas em amido (farinha de milho, de arroz e de trigo) Pet Food: MP ricas em proteínas Alcaçuz, caramelo, balas e gomas de mascar: amido, açúcar, água, corantes e aromatizantes Extrusão Massas: preparadas com farinha de trigo, água e sal, podendo ter outros ingredientes, como ovos e pigmentos Extrusão Efeito sobre Alimentos  características sensoriais  Textura: principal aspecto da extrusão; depende do grau de alteração do amido ou proteína  Cor: produzida por reações de Maillard e caramelização; ocorre ”esmaecimento” pela expansão; pigmentos sintéticos na MP  Aroma: produzidos por reações de Maillard, mas volatilizados na saída do produto da trefila; aromas aplicados após a extrusão  valor nutritivo  ↓ perda de vitaminas ácido ascórbico e –caroteno ~ 50% lisina, cistina e metionina em arroz: 50 a 90% 06/07/2023 8 Extrusão EFEITO EM POSITIVO NEGATIVO Carboidratos Modificação do amido Aumento da digestibilidade Desenvolvimento de “flavour” Reação de Maillard Hidrólise pode aumentar concentração de açúcar no sangue Proteínas Aumento da digestibilidade Desnaturação Destruição de aminoácidos Reação de Maillard e ligações cruzadas diminui qualidade da proteína (principalmente da lisina) Lipídios Aumento da digestibilidade Forma complexo lipídio-amido (+ resistente à oxidação) Aumento da rancidez Fibras Aumento da digestibilidade Decréscimo de volume Destruição de fitatos Aumento da digestibilidade Decréscimo de volume Vitaminas Destruição Minerais Aumento da biodisponibilidade Enzimas Inativação (lipase, peroxidase, lipoxigenase, urease etc.) Inativação (amilase, fitase etc.) Fatores antinutricionais Inativação (inibidores de tripsina, lectinas etc.) Componentes tóxicos Inativação (glicoalcalóides, aflatoxina etc.) “Flavour” Redução de “flavours” indesejáveis Perda de “flavours” desejáveis Efeito sobre Alimentos Extrusão Efeito sobre Microrganismos  produtos cozidos por extrusão normalmente são microbiologicamente seguros pela ↓Aw e o tratamento térmico, que destrói células vegetativas  destruição bacteriana = f(calor durante a extrusão); calor enfraquece paredes celulares, tornando-as + suscetíveis às F cisalhamento ZEA 0567 - Processamento e Tecnologia de Alimentos Aula 13: Irradiação de alimentos Prof. David W. Bertan david.bertan@usp.br 2023 Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Alimentos 06/07/2023 9  radiação ionizante = capaz de retirar 1 ou + elétrons da matéria  irradiação = conservação dos alimentos pela utilização de radiação ionizante de raios γ de isótopos ou, com ↓ frequência, elétrons e raios X  consiste em submeter os alimentos (embalados ou não) a uma quantidade controlada de radiação ionizante, por um tempo prefixado e com objetivos bem determinados  permitida em ~ 60 países Irradiação Definição Irradiação Por que usar a irradiação? • Esterilizar sem uso de aquecimento • Retardar maturação de frutas e legumes • Inibir brotamento em bulbos e tubérculos • Desinfestar grãos, cereais, frutas e especiarias • Eliminar bactérias patogênicas (Salmonella spp) • Eliminar parasitas (Cisticercose e Triquinose - vermes) • Reduzir carga microbiana (fungos, bactérias e leveduras) Objetivo principal Irradiação Aplicações 06/07/2023 10 Irradiação Vantagens  processo a frio  possibilidade de tratamento do alimento em embalagens sensíveis ao calor e à água  pode ser usada para tratar ↑variedade de alimentos de diversos tamanhos e formas com ↓manipulação  pode facilitar distribuição e venda de frutas frescas, vegetais e carnes pelo ↑ vida útil  pode substituir tratamentos químicos de alimentos e permite atingir organismos (ovos e larvas de insetos, vermes, etc.) dentro dos alimentos Irradiação Irradiação Aspectos Teóricos 06/07/2023 11 Irradiação Aspectos Teóricos  apenas radiação γ e elétrons acelerados (que podem ser convertidos em raios X) podem ser aplicados em processamento de alimentos, pois não provocam radioatividade induzida (como radiações α e β)  raios γ, elétrons e raios X têm capacidade de ionização, ou seja, quebrar ligações químicas quando absorvidos pelos materiais  essas reações provocam destruição de microrganismos, insetos e parasitas e alterações na estrutura química do alimento na irradiação Irradiação Aspectos Teóricos Classificação das radiações ionizantes:  Como partículas: radiação alfa, beta e nêutrons  Como ondas eletromagnéticas de alta frequência: radiação γ e raios X Irradiação Aspectos Teóricos Processos de Irradiação:  Radurização  doses baixas (0,05 a 1 kGy)  Radicidação/radiopasteurização  doses médias (1 a 10 kGy)  Radapertização/esterilização comercial  doses altas (10 a 70 kGy) 06/07/2023 12 Irradiação Aspectos Teóricos Produto Vida útil sem ionização Vida útil com ionização Alho 4 meses 10 meses Arroz 1 ano 3 anos Banana 15 dias 45 dias Batata 1 mês 6 meses Cebola 2 meses 6 meses Farinha 6 meses 2 anos Legumes e Verduras 5 dias 18 dias Papaia 7 dias 21 dias Manga 7 dias 21 dias Milho 1 ano 3 anos Frango Refrigerado 7 dias 30 dias Filé de Pescada Refrigerado 5 dias 30 dias Morango 3 dias 21 dias Trigo 1 ano 3 anos Fonte: Companhia Brasileira de Esterilização Cebolas irradiadas há 6 meses Fonte: CENA/USP Irradiação Aspectos Teóricos Cebolas não irradiadas ap eee he | 33::° ° ~ ecco Irradiagdo QZ — Aspectos Teéricos IRRADIADO CONTROLE IRRADIADO CONTROLE Fonte: CENA/USP ae eee f @ % ececee ecce e ~ eoce Irradiagdo \\Y ae ee TST Efeito sobre Alimentos e nas doses recomendadas, fontes de raios y (°°Co e 137Cs) sdo insuficientes para induzir radioatividade e fontes de elétrons e raios X provocam niveis de radioatividade induzida insignificantes (0,0001%) ————_—_—_—___—rre———__—_ e maioria das substa@ncias produzidos durante a irradiagdo também é formada no tratamento térmico de alimentos (em concentragées similares) e no nivel das doses comerciais, a irradiagdo provoca dano 4 qualidade nutricional similar a provocada por outras operagées de conservagdo de alimentos am eee f ®@ % ececee ecce ° ~ ecco Irradiagdo \\Y Be — Efeito sobre Microrganismos e ions reativos produzidos pela irradiagdo dos alimentos danificam imediatamente a estrutura das hn, a, ees membranas celulares e o metabolismo microbiano e efeito + importante, mas menos imediato, ocorre no a DNA e RNA nos niticleos das células, impedindo crescimento e replicagdo microbiana e quanto menor e mais simples for o organismo, maior é a dose de irradiagdo necessdria para destrui-lo, portanto, os virus sdo muito resistentes a irradiagdo ————— e@ ndo sdo afetados pelos niveis das doses comerciais 06/07/2023 14 Efeito sobre Microrganismos Irradiação  sensibilidade dos microrganismos à radiação é expressa por D (~ D da destruição térmica)  é esperada uma redução logarítmica no número de microrganismos com o aumento da dose Irradiação Efeito sobre Microrganismos Efeito sobre Embalagens  radiação penetra nos materiais das embalagens e ↓ risco de contaminação pós-processamento, mas também altera os materiais de embalagem  hidrocarbonetos, álcoois, cetonas e ácidos carboxílicos podem ser produzidos na embalagem e migrar para o produto, produzindo alterações inaceitáveis de sabor e segurança  adesivos, aditivos de filmes plásticos e tintas de impressão também podem contaminar os alimentos com produtos radiolíticos Irradiação 06/07/2023 15 Efeito sobre Embalagens Irradiação ZEA 0567 - Processamento e Tecnologia de Alimentos Aula 13: Conservantes de alimentos Prof. David W. Bertan david.bertan@usp.br 2023 Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Alimentos  substâncias que impedem ou retardam alterações causadas por microrganismos (antimicrobianos)  exceto sal, açúcar, óleos essenciais, substâncias da fumaça, inseticidas e herbicidas  alguns antimicrobianos são multifuncionais, podendo também inibir a oxidação lipídica, o escurecimento enzimático e o não-enzimático  só podem ser usados em determinados produtos e na quantidade máxima prescrita pela legislação Conservantes Definição 06/07/2023 16 Por que usar conservantes? Evitar deterioração de alimentos, principalmente a ocasionada por microrganismos Objetivo principal Conservantes • NÃO recupera a qualidade do produto já deteriorado • NÃO existe conservante eficaz para todo tipo de produto • NÃO substitui uma boa sanitinização da planta de processamento  custo  solubilidade em água  interferência no sabor  nível inicial de contaminação  pH, Aw e composição do produto  tipo de microrganismo a ser inibido  presença de outros inibidores de crescimento como sal, açúcar, vinagre, condimentos Conservantes Escolha do conservante  inativação de enzimas  interferência na permeabilidade da membrana celular microbiana  interferência em mecanismos genéticos ou inibição da síntese de proteínas Conservantes Mecanismos de ação 06/07/2023 17  ácido bórico e o tetraborato de sódio  permitidos como conservantes apenas em coalhos  são tóxicos e podem provocar vômitos, náuseas etc. Conservantes Ác. Bórico  ótimos inibidores de bolores, mas pouco eficientes contra bactérias e leveduras  normalmente borrifados na superfície de produtos de panificação; uso em confeitos, farinhas, chocolates etc.  Aplicações:  propionatos de cálcio e potássio: otimizam a ação do fermento biológico em pães e têm boa atuação contra Bacillus sp.  propionatos de cálcio: não utilizados em produtos que usam fermento químico (íons Ca+2 influenciam atividade do fermento)  propionatos de sódio: uso em bolos, biscoitos etc. Conservantes Ác. Propiônico e Propionatos  ácido sórbico e sorbato de cálcio, sódio e potássio  ótimos inibidores de bolores e leveduras, mas são poucos eficientes contra bactérias  Aplicações:  queijos  iogurtes  leites fermentados  molhos para saladas Conservantes Ác. Sórbico e sorbatos  Vantagens:  praticamente insípidos  ativos em meios pouco ácidos  menos tóxico dos conservadores  Desvantagens:  caros  perdidos na ebulição 06/07/2023 18  ↓solubilidade em água, por isso usa-se + o benzoato de sódio  eficientes contra fungos e bactérias, mas têm baixa atividade em pH > 4,5 (onde ocorre deterioração bacteriana)  Aplicações:  sucos  refrigerantes  leites fermentados  molhos para saladas Conservantes Ác. benzóico e benzoatos  Vantagens:  barato  Desvantagens:  sabor adstringente  toxicidade  ação semelhante ao ácido benzoico  são ésteres do ácido para-hidroxibenzóico  ↑cadeia, ↓solubilidade em água e ↑ eficiência  efeito sinérgico entre eles; usa-se em combinação de 2:1 a 3:1 (metil:propil)  praticamente insípidos e ativos em pH 3-8  Aplicações:  adoçantes  cosméticos  medicamentos  produtos de higiene pessoal Conservantes Parabenos Metil-parabeno Etil-parabeno Propil-parabeno Butil-parabeno Conservantes Nitritos e Nitratos  nitrito em carne, confere cor e inibe inclusive o C. botulinum, mas não evita germinação de esporos de C. botulinum após ter começado  nitrato não inibe C. botulinum, precisa ser reduzido a nitrito  melhor efeito antimicrobiano em pH 4,5-5,5  Aplicações:  fabricação de queijos  nitrito ou nitrato de sódio ou potássio usados, isolados ou combinados, em produtos cárneos 06/07/2023 19 Conservantes Dióxido de Enxofre e derivados  SO2 e seus sais de sódio e potássio (SO3 -2), bissulfito (HSO3 -2) e metabissulfito (S2O5 -2) agem igualmente sobre bactérias láticas, acéticas e bolores  também evitam o escurecimento enzimático e não-enzimático  acredita-se que o ácido sulfuroso (H2SO3), formado em soluções aquosas, seja o responsável pela atividade antimicrobiana  toxidez: causa crises em pessoas asmáticas  Aplicações:  sucos  vinhos  açúcar refinado  frutas e legumes secos  batata e mandioca congeladas  Sistema Internacional de Numeração (INS) de aditivos alimentares  elaborado pelo Codex Alimentarius para identificação dos aditivos nas listas de ingredientes, como alternativa à declaração do nome Conservantes INS 06/07/2023 20 Conservantes IDA de alguns Conservantes Ingestão diária aceitável (mg/kg de peso corpóreo) Níveis usados normalmente (%) Benzoato de sódio 5 0,03-0,2 Propionato de sódio 10 0,1-0,3 Sorbato de potássio 25 0,05-0,2 Nitrito de sódio 0,2 0,01-0,02 Dióxido de enxofre 0,7 0,005-0,2 Fonte: FDA, 1991 * Ingestão diária aceitável, IDA ou ADI, é um valor numérico, medido em mg/kg corpóreo, que determina a quantidade que se pode consumir de uma substância durante todos os dias, com segurança, por toda a vida. Os conservantes fazem mal à saúde?  não, desde que se obedeçam aos limites máximos de utilização estabelecidos pela legislação  quando usados em excesso, alguns conservantes estão associados a problemas de saúde  conservantes estão continuamente sob avaliação pelos órgãos: Conservantes IDA de alguns Conservantes Quais as penalidades para as empresas que desrespeitarem os limites máximos?  advertência  multas  suspensão da atividade  interdição do estabelecimento Conservantes IDA de alguns Conservantes 06/07/2023 21 Quem faz a fiscalização do uso de conservantes no Brasil?  federal (Serviço de Inspeção Federal-SIF)  estadual (Serviço de Inspeção no Estado de São Paulo-SISP)  municipal (Serviço de Inspeção Municipal-SIM) Conservantes IDA de alguns Conservantes Obrigado pela Companhia no Semestre Bom Final de Semana Bons Estudos Boa Vida