Slide - Aula 3 - Conservação Pelo Uso do Calor - Processamento e Tecnologia de Alimentos - 2023-1

10/04/2023 1 ZEA 0567 - PROCESSAMENTO E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS AULA 3: CONSERVAÇÃO PELO USO DO CALOR Prof. David W. Bertan david.bertan@usp.br 2023 Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Alimentos 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 1 - tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 21/04 Tiradentes 5 28/04 Aula teórica - UHT, Concentração 6 05/05 Aula teórica - Concentração 7 12/05 Aula prática 2 - produção de geleia: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 8 19/05 Prova 1 9 26/05 Aula teórica - Desidratação 10 02/06 Aula teórica - Refrigeração, Congelamento 09/06 Recesso Corpus Christi 11 16/06 Aula prática 3 - desidratação e avaliação do tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 12 23/06 Aula teórica - Extrusão, Irradiação 13 30/06 Aula teórica - Conservadores 14 07/07 Aula teórica - Fritura 15 14/07 Prova 2 28/07 Prova de recuperação 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 1 - tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 22/04 Tiradentes 5 29/04 Aula teórica - UHT, Concentração 6 06/05 Aula teórica - Concentração 7 13/05 Aula prática 2 - produção de geleia: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 8 20/05 Prova 1 9 27/05 Aula teórica - Desidratação 10 03/06 Aula teórica - Refrigeração, Congelamento 10/06 Recesso Corpus Christi 11 17/06 Aula prática 3 - desidratação e avaliação do tratamento térmico: 08-10h (Turma A) e 10-12h (Turma B) 12 24/06 Aula teórica - Extrusão, Irradiação 13 01/07 Aula teórica - Conservadores 14 08/07 Aula teórica - Fritura 15 15/07 Prova 2 28/07 Prova de recuperação IMPORTANTE … 10/04/2023 2 Informações Importantes 1. Chegar antecipado (se trocar etc.) 2. SEM celular, brincos, pulseiras, correntinhas, unhas grandes, unhas pintadas etc. 3. Calça comprida (sem rasgos) 4. Jaleco / avental branco 5. Botas brancas 6. Touca 7. Luvas 8. Máscara (barba, gripado etc.) IMPORTANTE … Pragas externas RECAPITULANDO … 10/04/2023 3 ↑ temperatura ↓ aw ↓ O2 ↑ CO2 fermentação + conservante/ antioxidante/antimicrobiano radiação Impede/ controla crescimento microbiano Destruição microbiana ↓ temperatura Quais são as alternativas utilizadas para aumentar a vida útil dos alimentos? branqueamento, pasteurização, esterilização refrigeração, congelamento secagem, desidratação, liofilização radiações ionizantes RECAPITULANDO … QUESTÕES! https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2002/rdc0352_23_12_2002.html QUESTÕES! https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=4gCrYgBAalA https://www.locus.ufv.br/bitstream/123456789/2840/1/texto%20completo.pdf 10/04/2023 4 Através da ação letal do calor Objetivo principal Destruir os MOs que causam intoxicações ou infecções alimentares e retardar ou prevenir o desenvolvimento dos que conseguiram sobreviver ao tratamento Inativar enzimas Conservação pelo Calor Temperatura x crescimento microbiano (a) / atividade enzimática (b) Equação de Arrhenius (c) A RT Ea v log ,2 303 log    denominada fator de frequência cte a absoluta (K) temperatur universal dos gases (8,3144 J/mol K) cte de ativação energia da reação velocidade      A T R Ea v v log T 1 (c) (b) (a) Conservação pelo Calor inativação enzimática destruição dos Mos pelo calor perda de atividade das permeases em ↓T 1 10 100 1000 0 5 10 15 20 Tempo de aquecimento (min) Numero de células sobreviventes D D (tempo de redução decimal) = tempo à uma determinada T para reduzir a população microbiano à um décimo do seu valor inicial Recomendação da indústria de produtos de baixa acidez: + que 12 D Conservação pelo Calor Temperatura x crescimento microbiano (a) Conservagao pelo Calor a eo——>>" Ex: para reduzir “6D” com N, = 10? esporos por lata N F log) — |=-— =-sSV No D Conservagao pelo Calor — Tempo necessario para reduzir 12D do C. botulinum para milho em lata processado termicamente a T = 110 °C? Tabela 13:1 Dados cnéticos de destruc térmica de esporos microbianos [Farm ermapene rece TERIOR eT rea os beet Ty “MICRORGANISMO TEMPERATURA [*C] pH Tl°C]_ Dale) = (°C) ES N FE . aa ake us 7 S ‘ ‘8 eee log) — |=-— =-SI ain opto ine moe tak No D =< = ae F190 = SV.Dy19 = 1105,2 s = 18,42 min a Conservagao pelo Calor — Temperatura x crescimento microbiano (a) Z = intervalo de temperatura para o qual D diminui ou aumenta 10 vezes 1000 oe @-T.y) : Jo. D —_ ~ tre, z 100 Lm = (%, of } Z 3 D: tempo de redug&o decimal aT 2 D,.¢ tempo de redugao decimal a T,.¢ = 10 ET —eeeVCeoeeeeeeeeeeeeeee— 1 ° 0 100 110 ‘20 130 Temperatura de aquecinento (°C) Conservagdo pelo Calor ee er" ba( Df, )--Sahe Dig z D: tempo de redug&o decimal a T D,.¢ tempo de redug&o decimal a T,.5 oe ee ee eee” log vy, _ G-fy) — SVD, 5 Zz tool F/, \=-E=F) _ Ga -D > Fig Z Z (GgTy eV FEF ref —=10' * Fg Conservagdo pelo Calor TT Table 12.1 Heat resistance of some spore-forming bacteria” used as a basis for heat sterilisation of Jow acid foods Micro-organism value CC) Dy, value (min) Typical foods EE ———_—eee——vneeunaseogerreeeooeewwaaan—' So Bacillus stearothermophilus 9-10 304.0 Vegetables, milk Clostridium thermosaccharolyticum 72-10 3040 Vegetables RL Mesophilic (10-40°C) Clostridium sporogenes S811 07-15 Meats Bacillus subtilis 41-72 03-0.76 Milk products EE (CL botulinum toxins A and B ss 01-03 Low-acid foods B. coagulans oo 0.01-0.07 Milk B. cereus % 38 Milk LLP Psychrophilic (—S—1.5°C) 1 3.0(60°C) Low-acid foods CL botulinum toxin E “Note. the data i intended to be wndacative only as the thermal resistance of micro-organtsms is influenced by errr ——————————————e—————ee———e——er—————ee——e—— eee the nature of the food. Orginal lnerature gives precise information for particular products. ee ee ae ee eee etn or tana een Oe Lene Conservagdo pelo Calor ee Tempo necessario para reduzir 12D do C. botulinum para milho em lata processado termicamente a T = 121 °C? Tbe 13.1 Dados cindtcos de destruc termica de esporosmicroblanat [Farm ermapene rece TERIOR eT rea os beet Ty “MICRORGANISMO_ TEMPERATURA [*C] pH Tl°C]_ Digit —_z[*C) ee (T-T.,) one = ume log| B. a SY, mien oe Domes Dig Zz aoe imi oom TT DinpedewtodeoneleT | SE D,.«: tempo de redugdo decimal a T,. Cir boetinar ——_—_<_$_—_$_—_—_—_—$———————————————————————_______ 110-1 maempeteae, ioia | x» wm oF Do = Diro. 10 4 = 9,48 aS So eS Fy = SV.Do = 112,84 s = 1,88 min sneer ae is SC 10/04/2023 7 Conservação pelo Calor Milho em lata deve ser processado termicamente a uma T = 121,1 °C até atingir uma redução de 99,999% do C. botulinum. Qual deve ser o tempo de processo a essa T para atingir o valor de esterilização (SV) desejado? Conservação pelo Calor 𝐹 = 𝑆𝑉. 𝐷 Prof. David W. Bertan david.bertan@usp.br 2023 Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Alimentos ZEA 0567 - PROCESSAMENTO E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS PASTEURIZAÇÃO 10/04/2023 8 Pasteurização Definição • todo processo, tratamento ou suas combinações, aplicado ao alimento para ↓ microrganismos + resistentes relevantes para a saúde pública em condições normais de distribuição e armazenamento • tratamento térmico relativamente brando (T < 100 ºC) OU por ↑ P OU irradiação OU campos elétricos pulsados • acontecem apenas ↓ mudanças sensoriais e nutricionais nos alimentos • deve ser associada a outra barreira para conservação (refrigeração, acidificação, conservantes, etc.) Tratamento térmico “suave”: T < 100 ºC inativação de enzimas e a destruição de MOs patogênicos ou deterioradores de baixa resistência Objetivo principal Produto deve ser mantido sob refrigeração ou outra tecnologia (vida de prateleira de dias ou semanas) criado em 1864, levando o nome do químico francês que o criou: Louis Pasteur. processos mais rigorosos poderiam afetar as propriedades sensoriais e nutricionais dos alimentos Pasteurização Por que pasteurizar? alimento suco de frutas, leite, creme de leite, manteiga, frutas, sorvetes, embutidos, compotas, cerveja água quente, calor seco, vapor, corrente elétrica Adição ou não de aditivos que possam contribuir para a conservação Pasteurização embalagens adequadas: evitar recontaminação Armazenamento sob refrigeração Pasteurização 10/04/2023 9 Tratamento térmico pH > 4,5 (↓ acidez): destruir MOs patogênicos (bactérias) pH < 4,5 (↑ acidez): destruir MOs deterioradores (bactérias lácteas, leveduras e bolores) e/ou inativar enzimas binômio t x T = f(pH) Pasteurização • MOs patogênicos incapazes de se desenvolver • forma vegetativa e a toxina do C. botulinum são destruídas; e os esporos não germinam Aspectos Teóricos • preciso destruir os esporos do C. botulinum • milho, ervilha, carnes enlatadas • Produtos ácidos • naturalmente: maioria dos sucos e polpas de frutas, produtos de tomate etc. • fermentados: azeitona, picles, chucrute etc. • Produtos acidificados • palmito, aspargo, cogumelos etc. • providenciar curva de acidificação, para garantir pH abaixo de 4,5. Berbari et al. (2008) Pasteurização Aspectos Teóricos Pasteurização Alimento Objetivo 1 Objetivo 2 Condições mínimas de tratamento Estocagem pH < 4,5 Suco de frutas Inativação de enzimas Destruição de MO deterioradores 65°C/30’ 77°C/1’ 88°C/30’’ Tamb Cerveja Destruição de MO deterioradores 65-68°C/20’ (garrafas) 72-75°C/1-4’ à 900-1000kPa Tamb pH > 4,5 Leite Destruição de MO patogênicos Destruição de enzimas e MO deterioradores 63°C/30’ 71,5°C/15’’ refrigeração Ovo líquido Destruição de MO patogênicos Destruição de MO deterioradores 64,5°C/2,5’ 60°C/3,5’ refrigeração Sorvete Destruição de MO patogênicos Destruição de MO deterioradores 65°C/30’ 71°C/10’ 80°C/15’’ refrigeração Fonte: Fellows, 1994. Ex. objetivo para leite: • ↓ 12D Brucella abortis • ↓ 12D Mycubacterium tuberculosis • ↓ 12D Coxiella burnetii Indicador para leite: • fostatase alcalina (D ~ D patógenos) Refrigeração: • Algumas bactérias deteriorantes são mais resistentes ao calor e podem não ser destruídas pelo tratamento 10/04/2023 10 Pasteurização LENTA/BAIXA: ↓ T ↔ ↑ t T é ~ 65 °C / 30’ ou + Sistemas em batelada; LTH (“Low temperature holding”). RÁPIDA/ALTA: ↑ T ↔ ↓ t (segundos) T é ~ 75 °C / t < 15’’ Sistemas contínuos; HTST (“High Temperature and Short Time”). Pasteurização ↑ mudanças de sabor e ↑ perdas de nutrientes principais nutrientes e maioria das vitaminas inalterados Pasteurização Pasteurização Exemplos NO LEITE: • LENTA: 60–62 ºC / 30 min, em tanques encamisados, com agitação; • HTST: 72 ºC / 15 s: em trocadores de calor + refrigeração EM SUCOS DE FRUTAS: • HTST: 96–97 ºC / 15-16 s, em trocador de calor; + adição de conservante ou envase asséptico ou refrigeração. 10/04/2023 11 Pasteurização Produtos embalados: • alguns produtos (cervejas e sucos de frutas) são pasteurizados embalados • tanques (produções pequenas e em batelada) • túneis de pasteurização (produções grandes e contínuas) → água ou vapor/ar; • resistência da embalagem dita o meio de troca térmica: • emb. de vidro precisam ser aquecidos (ΔT máx com a H2O = 20 °C) e resfriados (ΔT máx com a H2O = 10 °C) gradualmente → água quente • emb. de plástico ou metal → mistura de ar e vapor de água • emb. resfriadas até ~ 40 °C p/ evaporar H2O da sup. → evita multiplicação de termófilos, cozimento excessivo, corrosão da embalagem e facilita rotulagem e impressão Equipamentos (tanque) Pasteurização https://cervejariaprovidencia.com.br/blog/voce-sabe-a- diferenca-entre-chopp-e-cerveja/ Equipamentos (Túnel de pasteurização à P atm.) Pasteurização 10/04/2023 12 Equipamentos (Túnel de pasteurização à P atm.) Pasteurização https://pt.made-in- china.com/co_marspacking/product_Continuous-Tunnel- Beer-Pasteurization-Machine_horonhsig.html Pasteurização Produtos não embalados: • tanques (pequena produção, em batelada); • trocadores de calor (produções grandes, processo contínuo); • vantagens: tratamento + uniforme, ↓ mão de obra, ↑ flexibilidade, ↑ controle das condições de processo etc. • líquidos de ↓µ (leite, prod. lácteos, ovo líquido, cerveja, vinho etc.) → TC de tubos ou placas • alguns produtos (suco de frutas e vinho) → requerem desaeração (evitar oxidação no armazenamento) → atomizados em câmera de vácuo • leite → homogeneizado antes da pasteurização (cor mais branca do leite, porque glóbulos de gordura menores refletem e dispersam menos a luz) • Processo lento • Produções pequenas • Tanque encamisado e com agitador mecânico • Opera a Patm Equipamentos (tanque) Pasteurização 10/04/2023 13 Pasteurização Equipamentos (TC de superfície raspada) • produtos líquidos ou pastosos (↑µ) Pasteurização Equipamentos (TC tubular) • sucos, polpas, lácteos, maionese, ketchup etc. • produtos com sólidos em suspensão (papinhas) • produtos com µ média Pasteurização Equipamentos (TC placas) • líquidos de ↓µ •desenho compacto • ↑ rendimento • ↓ consumo de energia 10/04/2023 14 Pasteurização Prof. David W. Bertan david.bertan@usp.br 2023 Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Alimentos ZEA 0567 - PROCESSAMENTO E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS ESTERILIZAÇÃO Definição • operação unitária na qual alimentos são aquecidos a uma ↑ T por um t suficiente para destruir células microbianas vegetativas e esporos e para inativas enzimas com ↓ efeito possível sobre a qualidade do alimento • pode ser feita com o produto embalado (latas, vidros, bandejas rígidas etc.), por autoclavagem, ou produto não embalado, por processo UHT (T ultra alta) • tratamento térmico severo no processo convencional de esterilização na emb. (enlatamento ou engarrafamento) pode produzir ↑ alterações na qualidade sensorial e nutricional dos alimentos Esterilização 10/04/2023 15 Tornar “estéril” Esterilidade comercial Destruição de MOs patogênicos e deterioradores (bactérias esporuladas) e inativação de enzimas Objetivo principal Armazenar a temperatura ambiente por longos periodos Não necessariamente em um sentido microbiologico estrito “livre de microrganismos capazes de reproduzir-se no produto em condições não refrigeradas de armazenamento e distribuição(T < 40 °C)” t processo = f() - Termorresistência dos MOs e enzimas - Parâmetros de esterilização - pH do alimento - Material, tamanho e forma da embalagem - Estado físico do alimento. Esterilização Por que esterilizar? Alimento acondicionado Alimento não acondicionado Esterilizador Processo direto ou indireto (UHT) (Seguido de envase asséptico) Esterilizadores contínuos ou descontínuos (Autoclaves ou esterilizadores hidrostaticos) Esterilização Exaustão antes do processo evita expansão de ar com o calor, corrosão int. na emb., ↓ tensão na emb., oxidação em alimentos etc. t vidro > t lata > t bandejas rígidas (↑ facilidade de penetração de calor, mas ↑ deformação) Aspectos Teóricos Testes em latas de alimentos selecionadas aleatoriamente garantem a esterilidade antes que os alimentos sejam liberados para venda: observação de latas “estufadas”, por ex. Esterilização Aspectos Teóricos 10/04/2023 16 Alimento acondicionado Alimento não acondicionado Esterilizador Processo direto ou indireto (UHT) (Seguido de envase asséptico) Esterilizadores contínuos ou descontínuos (Autoclaves ou esterilizadores hidrostaticos) Esterilização • permite ↑ T com ↓ t • permite adição compostos bioativos após o tratamento • ↑ qualidade alimentos • ↑ produtividade • ↓ consumo energia • ↓ limitação uso de emb. Aspectos Teóricos Produto embalado UHT direto e indireto indireto direto • ↑ custo • ↑ complexidade planta • requer pessoal + especializado Esterilização de alimentos acondicionados alimento Produto líquido, pastoso, sólido “head-space” embalagem Armazenamento à Tamb Latas, garrafas, vidros, plástico termoestável Preenchimento, evacuação do ar e fechamento Esterilização (100-125 °C) Esterilização Esterilização Equipamentos (autoclave vertical) 10/04/2023 17 Esterilização Equipamentos (autoclave horizontal) Esterilização Equipamentos (autoclave rotatória) Esterilização Equipamentos (várias autoclaves ao mesmo tempo) 10/04/2023 18 Esterilização Equipamentos (autoclave hidrostática) Esterilização Equipamentos (autoclave hidrostática) Esterilização Equipamentos (autoclave hidrostática) 10/04/2023 19 • cor (caramelização, reação de Maillard,reação com antocianinas e clorofilas, pirólise, desaminação e descarboxilação de aminoácidos etc.) • sabor e aroma (caramelização, reação de Maillard, desnaturação proteínas do soro do leite oxidação lipídica, degradação de aldeídos, açúcares, ác. orgânicos etc.) • textura (coagulação e perda de retenção de água das proteínas, hidrólise do colágeno, mat. pécticos, gelatinização do amido, derretimento de gorduras etc.) • nutricional (hidrólise de carboidratos e lipídeos, perda de aminoácidos, perda de lisina, triptfona, metionina, vitaminas C e B etc.)  Esterilização Efeitos da auroclavagem Esterilização de alimentos não acondicionados alimento Produtos líquidos e semi-líquidos (leite, sopa, purês, iogurte etc.) embalagem Acondicionamento asséptico Armazenamento à Tamb Esterilização (trocador de calor) Processo direto ou indireto (UHT) Esterilização • direto: injeção ou infusão vapor (↑ custo prod. vapor culinário; ↓ alterações, ↓ t retenção) • Indireto: TC placa, tubulares e de sup. raspada tanque de armazenamento TC regenerador e de ↓P (80-85 ºC) TC esterilizador válvula de fluxo TC resfriamento (10-14 ºC) Esterilização Equipamentos (TC – processo UHT indireto) envase asséptico bomba retenção (135-150 ºC/ 2-4 s) 10/04/2023 20 Esterilização Equipamentos (TC – processo UHT direto) Tanque de armazenamento Esterilização por infusão de vapor (140-150 ºC/ 2-4 s) TC estéril: refrigera p/ acondicionar assepticamente bomba TC câmara à vácuo bomba bomba válvula de fluxo TC regenerador e de ↓P (80-85 ºC) Infusão de Vapor Esterilização Equipamentos (TC – processo UHT direto) Infusão de Vapor Esterilização Equipamentos (TC – processo UHT direto) Tanque de armazenamento Esterilização por infusão de vapor (140-150 ºC/ 2-4 s) TC estéril: refrigera p/ acondicionar assepticamente bomba TC câmara à vácuo bomba bomba válvula de fluxo TC regenerador e de ↓P (80-85 ºC) Injeção de Vapor 10/04/2023 21 Esterilização Equipamentos (TC – processo UHT direto) Esterilização Equipamentos (acondicionamento asséptico) produto líquido sofre esterilização comercial transferência em tubulação descontaminada embalagem é descontaminada ambiente de envase asséptico ou descontaminado Equipamento para descontaminação da embalagem e envase asséptico Embalagem asséptica • Peróxido de hidrogênio a 17% aquecido 80 °C/8-10 s • Peróxido de hidrogênio é eliminado do material de embalagem pelos roletes de pressão ou ar quente. Esterilização Equipamentos (acondicionamento asséptico) 10/04/2023 22 • cor (reação de Maillard, formação pigmentos dourados a partir de açúcares etc.) • sabor e aroma (reação de Maillard, grupos sulfidrilos -SH oxidam (↓ com o t), oxidação lipídica, proteólise (sabor amargo) etc.) • textura (hidrólise do colágeno, solubilização de mat. pécticos, gelificação e agregação de micelas de caseína etc.) • nutricional (desnaturação de proteínas, perda de tiamina e piroxina, cálcio)  Esterilização Efeitos do processamento UHT MUITO OBRIGADA PELA ATENÇÃO!