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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

A Engenharia Mecânica na Indústria Alimentar

O papel do Engenheiro Mecânico na conservação

alimentar

Projeto FEUP 2015-2016 -- Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica:

Equipa 1M05_02:

Supervisor: Teresa Duarte Monitor: João Santos

Estudantes & Autores:

Daniel Moleiro [email protected]

José Vila-Chã [email protected]

Nuno Alexandre [email protected]

Pedro Ferreira [email protected]

Rui Carvalho [email protected]

mailto:[email protected]





A Engenharia Mecânica na Industria Alimentar - O papel do Engenheiro Mecânico na conservação

alimentar 1

Resumo

Este relatório surgiu no âmbito da unidade curricular projeto FEUP. Tem como

tema a “A Engenharia Mecânica na Indústria Alimentar” e como subtema “O papel do

Engenheiro Mecânico na conservação alimentar”. Visou-se capturar uma perspetiva

alargada do tema, conferindo especial importância à contribuição da Engenharia

Mecânica.

Como tal, pretendeu-se criar um contraste entre os métodos atuais de

conservação e aqueles empregados em épocas passadas. Assim, inicia-se o trabalho

com uma perspetiva histórica deste tema. Neste olhar sobre a história da preservação

alimentar, pretendeu-se enfatizar os métodos mais comuns através dos tempos, desde

o Paleolítico à Idade Média. Naturalmente, compreender-se-á que a pouca eficácia

destas estratégias e a grande importância de uma fonte contínua de alimento para as

grandes urbes exigiram à Engenharia Mecânica um grande contributo para esta área

do conhecimento.

Neste sentido, desenvolveram-se, a partir do séc. XVIII, métodos físicos e

químicos de eficácia crescente capazes de assegurar a qualidade dos alimentos por

mais tempo. Dado que o tema do trabalho é relativo ao engenheiro mecânico, o outro

ponto privilegiado são os sistemas desenvolvidos pelo Engenheiro Mecânico, o seu

funcionamento e materiais utilizados, ponto fulcral para a eficácia da conservação

alimentar na atualidade. É dada especial atenção aos métodos da pasteurização, da

conservação em atmosfera inerte e da refrigeração, com uma posterior secção

referente a métodos inovadores.

Palavras-Chave

Engenharia Mecânica;

Conservação;

Termodinâmica;

Refrigeração;

Pasteurização;

Congelamento;

A Engenharia Mecânica na Industria Alimentar - O papel do Engenheiro Mecânico na conservação

alimentar 2

Agradecimentos

De modo a obter o melhor desempenho possível na unidade curricular “Projeto

Feup”, foi necessária a colaboração de várias entidades externas à equipa. Deste

modo, gostaríamos de deixar um especial agradecimento às várias personalidades

que contribuíram para a realização deste trabalho.

Em primeiro lugar, gostaríamos de dar uma palavra de apreço à professora

Teresa Duarte, que nos acudiu em todos os momentos do trabalho, deste a sua

idealização à sua realização, contribuindo sempre com o seu parecer e

disponibilidade.

Por último, mas não obstante, gostaríamos de agradecer ao nosso monitor, João

Santos, que reuniu todo o seu conhecimento e experiência, enquanto aluno desta

faculdade, para nos ajudar a desenvolver e executar o trabalho da melhor forma

possível.

A Engenharia Mecânica na Industria Alimentar - O papel do Engenheiro Mecânico na conservação alimentar 1

Índice Introdução ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 1

O Papel do Engenheiro -------------------------------------------------------------------------------- 1

Preservação Alimentar --------------------------------------------------------------------------------- 2

Fatores a considerar --------------------------------------------------------------------------------- 2

Métodos de Conservação -------------------------------------------------------------------------- 3

Perspetiva Histórica --------------------------------------------------------------------------------------- 5

Secagem -------------------------------------------------------------------------------------------------- 5

Refrigeração Rudimentar ------------------------------------------------------------------------------ 5

Defumação------------------------------------------------------------------------------------------------ 6

Imersão em Gordura ----------------------------------------------------------------------------------- 6

Salga ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

Atualidade ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 8

Refrigeração e Congelamento ----------------------------------------------------------------------- 8

Tipos de Sistemas de Refrigeração Gerais ---------------------------------------------------- 9

Sistemas de Refrigeração Alimentares ------------------------------------------------------- 11

Sistemas de Congelamento Alimentar -------------------------------------------------------- 13

Pasteurização ------------------------------------------------------------------------------------------ 14

Equipamento de pasteurização ----------------------------------------------------------------- 15

Pasteurização de alimentos não embalados ------------------------------------------------ 15

Pasteurização de alimentos embalados ------------------------------------------------------ 16

Atmosfera modificada -------------------------------------------------------------------------------- 17

Depósitos de atmosfera modificada e controlada ------------------------------------------ 17

Absorvedores e Geradores de gases --------------------------------------------------------- 18

Inovação na preservação alimentar ----------------------------------------------------------------- 20

Utilização de pulsos elétricos----------------------------------------------------------------------- 20

Utilização de radiação Ultravioleta ---------------------------------------------------------------- 20

Utilização da nanotecnologia ----------------------------------------------------------------------- 21

Utilização da radiação nuclear --------------------------------------------------------------------- 21

Conclusões ------------------------------------------------------------------------------------------------ 22

Referências bibliográficas ------------------------------------------------------------------------------ 23


Introdução

Nesta introdução estabelecer-se-á a relação entre a Conservação Alimentar e o papel

do engenheiro mecânico na área.

O Papel do Engenheiro

O que se entende por Engenharia? E por Engenharia Mecânica?

“Conjunto de técnicas e métodos para aplicar o conhecimento técnico e científico na

planificação, criação e manutenção de estruturas, máquinas e sistemas para benefício do

ser humano”, é a primeira acessão presente no verbete do Dicionário Priberam sobre a

palavra “Engenharia”.

Neste sentido, a Engenharia Mecânica consiste na conceção e execução de sistemas

que tem por base princípios mecânicos e termodinâmicos na sua essência, no entanto,

dada a abrangia desta Engenharia podem incluir ainda outras disciplinas. Sistemas estes

capazes de desempenhar uma determinada tarefa, por vezes num âmbito muito restrito, e

com um conjunto de caraterísticas bem especificadas. No caso deste relatório os sistemas

responsáveis pela conservação alimentar são o ponto central, no entanto a Engenharia

Mecânica também contribui para diversas outras áreas como a Mecânica Automóvel ou até

a Medicina.

Neste caso em particular, O Engenheiro Mecânico faz parte de uma equipa. Tem uma

visão holística do processo, porém, cabe-lhe apenas parte do projeto a desenvolver. Ficam

para lá das suas funções determinar quais são as condições específicas necessárias à

preservação alimentar ou como as diferentes condições ambientais alteram as propriedades

do alimento, sendo que este tipo de informação lhe é facultado pelos profissionais capazes

de formular tais considerações, como o bioquímico ou o Engenheiro Alimentar.

O papel do Engenheiro Mecânico consiste em informar-se sobre quais são as

condições especificadas para a conservação ótima do alimento em questão, em que

condições operará o sistema e qual o custo estimado do projeto. A partir deste ponto o

Engenheiro Mecânico foca-se em desenvolver um sistema capaz de criar e manter as

condições especificadas num ambiente designado, como por exemplo, fazer a manutenção

de uma temperatura inferior a 5 °C durante o transporte de vegetais.

Na conceção dos sistemas, existem dois fatores, entre alguns outros, que são tomados

em conta pelo Engenheiro, o próprio funcionamento do sistema a projetar e os materiais a

escolher para criar as peças da maquinaria.

Assim, o relatório focar-se-á nas soluções encontradas pelo Engenheiro e nas opções

tomadas para as encontrar à luz dos dois pontos mencionados acima, no entanto, não se

pode passar sem uma breve introdução à conservação alimentar em geral, que será feita

em seguida.


Preservação Alimentar

Alimentos são materiais, crus, processados ou sintetizados, que são consumidos

oralmente por humanos ou animais para crescimento, saúde, prazer, e satisfação de

necessidades sociais. [1]

O alimento é uma necessidade fundamental de qualquer ser vivo, sendo que a sua

capacidade de alimentar deriva diretamente das suas propriedades físicas e químicas.

Todavia, estas propriedades responsáveis por tornar algo comestível apenas se verificam

numa janela temporal, que sem intervenção, é em geral curta. Esta é a motivação no cerne

da conservação alimentar, reunindo-se a esta ainda, a necessidade de ultrapassar o

planeamento agrícola inadequado, a obtenção de produtos com valor acrescentado e a

disponibilidade de uma dieta variada para a população. [1]

Deste modo, a conservação alimentar envolve a ação tomada no sentido de preservar

as qualidades desejadas na comida [1]. É um esforço que continua desde dos primórdios da

humanidade, desde então a sua trajetória tem progredido de uma arte baseada em

conhecimento empírico, removido de qualquer compreensão teórica dos fenómenos físicos,

químicos ou biológicos, até uma ciência em constante inovação, apoiada em diversas áreas

científicas altamente especializadas, entre elas a Engenharia Mecânica. [1]

Fatores a considerar

Na conservação alimentar, os métodos de conservação empregados têm em conta

cinco fatores determinantes, sendo que cada produto ocupa um lugar diferente no espectro

produzido. São eles:

● O nível de qualidade desejado

● O grupo para os quais os produtos são conservados

● Custo económico

● Custo ambiental

● A duração da preservação [1]

O Engenheiro Mecânico, terá que trabalhar em função destes fatores, todavia, na sua

maior parte, de forma indireta. Não lhe cabe decidir sobre o nível de qualidade desejado ou

sobre a duração da preservação, mas sim assegurar que o sistema projetado cria as

condições necessárias para preservar o alimento durante o tempo necessário com a

qualidade requerida, diretrizes designadas por outrem dentro da equipa de projeto, como

bioquímicos, gestores, engenheiros químicos, entre outros.

Salvaguarda-se aqui o custo ambiental, em que as escolhas do Engenheiro podem ter

influência no impacte ambiental que o sistema de conservação produz. Dado que os

processos utilizados na solução desenhada pelo engenheiro podem ser nefastos para o


ambiente, impõem-se considerações de caráter ético a que o Engenheiro deve responder

de forma assertiva.

O caso da utilização CFC’s e de outros compostos usados na área da refrigeração

responsáveis pela destruição da camada de ozono são um exemplo do acima referido. [2]

Métodos de Conservação

Baseando-se no seu modo de atuação, as técnicas de conservação podem ser

organizadas em três categorias:

Inibição

Inativação

Prevenir a recontaminação

Convém referir que maior parte dos alimentos não se cinge apenas a um destes tipos

de preservação, pelo que, na verdade, poderá existir um efeito sinérgico, sendo um produto

embalado e congelado um bom exemplo desta situação. [1]

Figura 1 - (Morelli Nutrição. 2010.” Refrigeração num Supermercado – Inibição”. Método de Conservação de Alimentos – Morelli Nutrição. Acedido a 25 de outubro de 2015. http://morellinutricao.com.br/ler.php?pagina=6&artigo=34)

Figura 2 - (Muncie Voice. 2013.” Pasteurização – Inativação”. Milk & Dairy – Pasteurization, Part 3. Acedido a 25 de outubro de 2015. http://www.muncievoice.com/6862/milk-dairy-pasteurization/)

Figura 3 - (Vacuum Pouches. 2013.” Embalagens a vácuo – Prevenção da recontaminação”. Vacuum Pouches- Vacuum Packaging, Poly Nylon Bags, Food Packaging. Acedido a 25 de outubro de 2015. http://www.hlpaper.com.cn/Vacuum-Pouches.htm


Figura 3 - (Rahman MS. 2007. “Métodos de Conservação de Alimentos”. Handbook of food preservation. 355. CRC press)


Perspetiva Histórica

Porquê conservar alimentos?

Há cerca de 2,5 milhões de anos, durante o Paleolítico, o ser humano caçava e colhia

alimentos para satisfazer a fome imediata. Como caçador/recolector observava uma grande

variação na disponibilidade dos alimentos, sendo que o estilo de vida nômada era

obrigatório para a sua sobrevivência. Assim, buscava regiões onde a caça era abundante.

[3]

Até à revolução do Neolítico os utensílios e as armas disponíveis eram primitivos,

produzidos em pedra lascada, fazendo da caça uma atividade difícil. Todo o alimento era

consumido cru de uma forma rudimentar, sendo os frutos, raízes, peixes e insetos o grosso

de uma dieta primitiva.

Condicionado pela falta de recursos materiais, a necessidade de preservar alimentos

era imperativa no quotidiano do homem/caçador, pelo que foram desenvolvidos métodos

empíricos de preservação alimentar, muitos deles encontrando os seus sucessores na

atualidade.

Secagem

Um método utilizado para a conservação

de produtos era a secagem dos alimentos,

através da exposição ao sol e ao vento.

Achados arqueológicos mostram que no

Médio Oriente e noutras zonas orientais a

prática de secar alimentos data de tão cedo

como 12000 a.C. [3]

Este método consiste na retirada de

parte presentes nos alimentos precisam de

água para as suas funções vitais. Ao retirar

a água, é possível diminuir

consideravelmente as ações microbiológicas

presentes no alimento.

[4]

Refrigeração Rudimentar

O homem primitivo procurava apenas recolher o alimento, conservando-o na parte fria

da caverna, onde as baixas temperaturas, na ordem dos 0ºC e os 7ºC, permitiam retardar

ou inibir reações químicas e biológicas, cujo resultado seria a deteriorarão natural do

alimento. Praticavam uma versão rudimentar de refrigeração, sendo que a tecnologia

Figura 4 - (olhar d’ouro. 2012.” Secagem de peixe na praia”. OLHAR d' OURO: Nazaré - Portugal ***Seca do peixe no areal***. Acedido a 20 de outubro de 2015. http://lamegoimage.blogspot.pt/2012/10/nazare-portugal-seca-do-peixe-no-areal.html)


disponível não permitia o congelamento, exceto em regiões muito frias, onde as condições

naturais o possibilitavam. [3]

Defumação

Com o aparecimento do

fogo, a conservação dos

alimentos passou a ser mais

eficiente. O tratamento da carne

com o fogo era visto como uma

forma do ser humano assustar

os animais em procura de

alimento, todavia, constatou-se

que o alimento passou a

demorar mais tempo para se

deteriorar. [4]

Consiste em expor a carne,

ou derivados de carne, ao fumo produzida pela combustão da madeira. Neste processo

ocorre a secagem, e também reações antimicrobianas da carne com compostos do fumo, o

que lhe confere o aroma e a cor caramelizada característica dos fumados. [3]

Imersão em Gordura

O povo indígena da Amazónia, devido à falta de recursos conservavam os seus

alimentos de uma forma caricata: mergulhando os alimentos em “banhos de gordura”.

Este método consiste em deixar o alimento isolado do ar e da água impedindo a ação

de microrganismos responsáveis pelo apodrecimento dos alimentos. Além disso, a

cobertura de frutas com estes materiais altera seu processo respiratório, retardando o

amadurecimento e permitindo a conservação por períodos de tempos maiores. [3]

Salga

Mais tarde, com o desenvolvimento do

comércio, surge novo problema para a

conservação alimentar, pois agora era

necessário armazenar alimentos de forma mais

eficaz, durante as longas viagens. Foi neste

contexto que se desenvolveu a salga.

É um método que consiste na adição de

cloreto de sódio ao alimento, que por osmose

Figura 5 - (imgbuddy. 2003.” Defumação Artesanal”. Imgs For > Native American Food Meat. Acedido a 25 de outubro de 2015. http://imgbuddy.com/native-american-food-meat.asp)

Figura 6 - (Beyond the Shaker. 2000.” Salga Artesanal”. Salt Guide - History. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://beyondtheshaker.com/pages/Salt-Guide-History.html)


retira água do produto, impedindo o crescimento de microrganismos. [4]


Atualidade

Os métodos rudimentares de preservação alimentar permaneceram por desafiar até à

invenção do processo de enlatar no séc. XXVIII, o que marcou um novo capítulo para a

conservação alimentar. [4]

Decorridos três séculos, pode-se observar uma grande evolução nos métodos de

preservação alimentar. Ainda se utiliza a salga, a secagem, a defumagem e a refrigeração,

todavia, desenvolveu-se uma compreensão teórica capaz de explicar o seu funcionamento

e criaram-se sistemas eficazes para a sua aplicação. Ao mesmo tempo, conceberam-se

outros métodos baseados nesta nova compreensão da conservação alimentar, como a

pasteurização.

O Engenheiro Mecânico constituiu um pilar fundamental capaz de garantir esta

revolução na conservação alimentar, como se poderá observar nos seguintes exemplos.

Refrigeração e Congelamento

A refrigeração e o congelamento são processos melhor descritos pela termodinâmica,

em que através da transferência de energia de um corpo mais quente para outro mais frio,

há uma diminuição na temperatura do primeiro.

Temperaturas mais altas na refrigeração, entre os 1 e 4 °C, e no congelamento entre os

18 e 35 °C negativos [1], potenciam o abrandamento dos processos físico-químicos e

bioquímicos que levam à deterioração da comida, à perda de qualidade e do valor

nutricional, sem, no entanto, os parar. Todavia para lá dos 18 °C negativos o

desenvolvimento microbial para completamente [1]. Encaixa, assim, nos métodos que

atuam por inibição, não permitindo o normal desenvolvimento microbial.

Durante a refrigeração ou congelamento, o calor é removido da comida através de

mecanismos de convecção, radiação, condução ou evaporação.

h: coeficiente transferência de calor média para combinação de convecção, radiação e evaporação,

(W.m-2

.ºC-1

)

As: área superficial (m2)

ΔT: variação entre a temperatura ambiente e a temperatura superficial

A preocupação do Engenheiro Mecânico prende-se com escolher os componentes do

sistema de refrigeração conforme as necessidades do projeto.

Poderá desenvolver um sistema completamente novo, no entanto, o mais comum é

adaptação dos sistemas que já existem a novas condições. Como tal, a ênfase será nos

sistemas já existentes, assim como nos mais comuns.


Tipos de Sistemas de Refrigeração Gerais

Geralmente, num sistema de refrigeração, existe sempre um refrigerante que circula

num sistema fechado e que é utilizado para transferir calor. [2]

Inicialmente, o refrigerante absorve calor, visto que a sua temperatura é mais baixa que

a temperatura do objeto a ser arrefecido. Deste modo, a temperatura do refrigerante

aumenta até que é mais alta que a do dissipador de calor, momento em que o refrigerante

baixa de temperatura novamente. [5]

Os tipos de refrigeração mais comuns são:

● Compressão de vapor

● Absorção

● Ar (padrão)

● Jato de vapor

● Termoelétrico

● Termo acústico [2]

Os sistemas mais comuns na indústria

alimentar são os sistemas de compressão de

vapor. Também são utilizados outros tipos de

refrigeração, no entanto, dado que este é o mais

comum apenas o seu funcionamento será

abordado. [2]

Compressão de Vapor

O método de compressão de vapor funciona, utilizando o calor latente de evaporação

de um fluido num sistema fechado para gerar frio. [5]

Os componentes principais são:

Compressor

Condensador

Evaporador

No funcionamento de um destes sistemas

ocorrem quatro processos térmicos principais, que

se encontram numerados na figura 9, são eles:

1. Evaporação

2. Compressão

3. Condensação

Figura 7 - (Dincer. 2000.” Refrigeração - Esquema”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc.

Figura 8 - (Haaf e Henrici. 2000.” Sistema de refrigeração de compressão, a) compressor; b) condensador; c) válvula de expansão; d) evaporador; e) motor do compressor”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA


4. Expansão

Em (1), no evaporador, o refrigerante é aquecido pelo o objeto a arrefecer, levando-o a

evaporar. Esta mudança de estado consome energia, calor latente, e como tal baixa a

temperatura do objeto a arrefecer. Em (2), no compressor, a pressão do vapor do

refrigerante vindo do evaporador, é elevada até que a temperatura de evaporação e

condensação sejam maiores que a do dissipador de calor., o condensador. Em (3), o vapor

a altas temperaturas e pressões, é condensado, arrefecendo pelo processo inverso ao

utilizado em (1). Por fim, em (4), o líquido recém-condensado vê a sua pressão baixar e

volta ao inicio do ciclo. [2]

Figura 9 - (Dincer. 2000.” (a) Um sistema básico de compressão de vapor, (b) o seu diagrama T–s, e (c) o seu diagrama P–h”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc.

Figura 10 - (Dincer. 2000.” Um sistema prático de refrigeração por compressão de vapor com todos dispositivos de controlo”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc.


Um bom refrigerante é também de grande importância, sendo que os critérios de

escolha determinantes são primariamente propriedades de cariz termodinâmico, de

transferência de calor e de comportamento químico e físico, além da compatibilidade com

diferentes tipos de compressor. [2]

Existem diversos tipos de compressor, assim como de condensador e evaporador.

Apresentam-se apenas algumas imagens, visto que uma lista detalhada ficaria para lá do

escopo do trabalho. [2]

Sistemas de Refrigeração Alimentares

Os tipos mais comuns de sistemas refrigeração alimentar são os que atuam por hidro-

refrigeração, por contacto gelado, por fluxo de ar, por fluxo de ar húmido e por refrigeração

a vácuo. Procede-se a uma descrição dos

sistemas de refrigeração alimentar: [2]

Refrigeração por ar forçado ou

pressão húmida:

Faz-se circular ar pelas pilhas de

recipientes numa sala refrigerada. Para alguns

produtos é adicionada água ao ar. Este método

arrefece os produtos a armazenar em cerca de

duas horas, dependendo do embalamento,

sendo que o embalamento tem que permitir a

ventilação do calor para que estes métodos sejam

eficazes. [2]

Figura 11 - (Dincer. 2000.” Compressores”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc.

Figura 12 - (Dincer. 2000.” Condensadores a água”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc.

Figura 13 - (NCSU BAE. 2000.” Refrigeração por ar forçado”. AG-414-3 Forced Air Cooling - NCSU BAE. Acedido a 21 de outubro de 2015 http://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/publicat/postharv/ag-414-3/


Hidro-refrigeração

Descarga para contentores de produtos alimentares

em massa com uma grande quantidade de água gelada.

Neste método, os vegetais são arrefecidos por contacto

direto com a água fria, sendo que o produto e a

embalagem têm que resistir à ação do fluxo de água,

para que este processo tenha os resultados esperados.

[2]

Contacto Gelado

Injeção de gelo esmagado em cada contentor de

transporte, em contacto direto com o produto, sendo

espalhado sobre as pilhas de embalagens. Este método

permite um arrefecimento eficaz com uma alta taxa de

humidade relativa para produtos e embalagens que

toleram contacto direto com gelo. [2]

Refrigeração por Vácuo

Remoção do calor de produtos

armazenados em contentores de transporte,

criando um vácuo na câmara. A criação

deste vácuo produz a evaporação rápida de

uma pequena quantidade de água, baixando

a temperatura do produto até ao nível

desejado. Neste método é necessário que os

alimentos tenham uma grande área de

superfície, baixa densidade e alto teor de

humidade. [2]

Figura 14 - (NCSU BAE. 2000.” Hidro-refrigeração”. AG-414-4 Hydrocooling - NCSU BAE. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/publicat/postharv/ag-414-4/

Figura 16 - (NCSU BAE. 2000.” Refrigeração por vácuo”. AG-414-1 Introduction to Proper Postharvest Cooling and Handling Methods - NCSU BAE. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/publicat/postharv/ag-414-1/

Figura 15 - (angelfire. 2002.” Contacto gelado automático para paletes”. Crushed and Liquid Ice cooling. Welcome. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.angelfire.com/ia2/ingenieriaagricola/ice_cooling.htm


Sistemas de Congelamento Alimentar

Caso o congelador esteja cheio, o custo total da

preservação por congelamento é mais atrativo do que o

de enlatar ou secar. Diferentes tipos de sistemas de

congelamento estão disponíveis mediante o produto a

congelar, satisfazendo as suas necessidades

específicas. [1]

Congelamento por placa

Ou congelamento por contacto com sólido

arrefecido, inclui o produto ser prensado entre placas

metálicas a baixas temperaturas. É adequado apenas

para alimentos com uma forma uniforme, tendo-se

cuidado para não esmagar o produto durante o

processo. [1]

Congelamento por Imersão

Neste método, o alimento é imerso numa

salmoura a baixa temperatura para alcançar

uma descida de temperatura rápida por

transferência de calor direta. Os fluidos são

geralmente soluções salgadas, soluções

açucaradas, alcoólicas, entre outras. [1]

Congelamento por gás arrefecido

Neste método, a temperatura da comida é

reduzida com o fluxo de ar a velocidades

relativamente altas. Velocidade entre os 2,5 e os 5

metros por segundo fornecem o congelamento

mais económico. [1]

Figura 17 - (FAO. 2001.” Refrigerador por placas horizontal”. Some notes on Fish Handling and Processing. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fao.org/3/a-x5925e/x5927e01.htm

Figura 19 - (FAO. 2001.” Refrigerador por gás arrefecido”. Planning and engineering data 3. Fish freezing - 3. Processes and equipment. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fao.org/docrep/003/r1076e/R1076E04.htm

Figura 18 - (FAO. 2001.” Refrigerador por imersão”. Planning and engineering data 3. Fish freezing - 3. Processes and equipment. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fao.org/docrep/003/r1076e/R1076E04.htm


Pasteurização

A pasteurização é um dos métodos de conservação mais importantes na atualidade.

Grande parte dos alimentos/produtos alimentares que estão disponíveis às populações

foram tratados segundo este método, que pode decorrer numa fase pré-embalagem ou pós-

embalagem em recipientes previamente esterilizados.

É um processo de tratamento por aquecimento moderado, que destrói um grupo (ou

grupos) seleto(s) de microrganismos e inativa enzimas (que poderiam provocar alterações

indesejadas nos produtos embalados), com alterações mínimas nas propriedades dos

alimentos [1] [5]

Podem ser utilizados outros fatores em conjunto com a pasteurização, os quais

estendem a validade dos produtos, ou seja, o período de tempo de preservação, em

condições próprias de consumo, dos produtos. De entre estes fatores que asseguram que

os microrganismos não se desenvolvam durante o período de armazenamento constam o

controlo da quantidade de microrganismos, evitando contaminação inicial e a restrição dos

valores de pH do meio.

Existem duas operações básicas no processo de formação de um alimento

pasteurizado:

Aquecimento do alimento de forma a reduzir o número de microrganismos

patogénicos e deteriorantes, capazes de se desenvolverem nas condições de

armazenamento desejadas;

Selagem em embalagens herméticas de forma a prevenir recontaminação. [5]

Estas duas operações não ocorrem necessariamente por esta ordem, podendo o

alimento ser aquecido após a sua embalagem. A escolha do processo utilizado depende

das características do produto e da embalagem na qual se pretende conservar o produto,

devendo optar-se pelo processo que maximize a qualidade do produto.

Figura 21 - (Tecnosorvete. 2011. “Pasteurização de alimentos não embalados”. Tecnosorvete - Pasteurização de Sorvete - Polo do Leite. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://rede.polodoleite.com.br/photo/tecnosorvete-pasteurizacao-de?context=latest

Figura 20 - (SERRA GELADA. 2001.” Pasteurização de alimentos embalados”. Blog da SERRA GELADA! Dia de pasteurização na fábrica. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://cervejariaserragelada.blogspot.pt/2011/04/dia-de-pasteurizacao-na-fabrica-depois.html


Equipamento de pasteurização

Dado a especificidade de cada alimento e do seu respetivo recipiente, é, portanto,

essencial a construção de maquinaria, também bastante específica, que seja capaz de

realizar os processos necessários ao tratamento dos alimentos. Na construção destas

máquinas há que ter em conta as características do material de que são constituídas, desde

a resistência termomecânica até ao seu custo, o próprio mecanismo de aquecimento dos

produtos e a sua própria estrutura e peças constituintes. [1]

A Engenharia Mecânica, é assim, de grande valia nesta área alimentar, já que um

Engenheiro Mecânico possui os conhecimentos acerca do comportamento de sólidos e

fluidos, de termodinâmica e de peças de maquinaria assim como o seu processo de

obtenção, sendo capaz de construir máquinas resistentes, pouco dispendiosas e funcionais.

Desta forma, foram até agora construídos diversos equipamentos de pasteurização,

estejam os alimentos já embalados ou não.

Pasteurização de alimentos não

embalados

Alimentos fluidos ainda não embalados podem

ser tratados, sendo colocados em tanques, cuja

estrutura incorpora uma base hemisférica de lados

cilíndricos onde circula vapor ou outro fluído

temperaturas elevadas. Geralmente o tanque

possui um tampo articulado de forma e evitar

perdas de calor e que objetos exteriores caiam

contaminando o alimento. Se o vapor for injetado

diretamente para o interior do tanque, a velocidade

de aquecimento aumenta. Alguns tanques

Figura 22 - (Alibaba. 2011. “Equipamento industrial de pasteurização”. Juice/milk/wine Pasteurization Machine/sterilizer - Buy Milk Pasteurization Machine,Juice Pasteurizing Equipment,Wine Pasteurize Machine Equipment Product on Alibaba.com. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.alibaba.com/product-detail/Juice-milk-wine-pasteurization-machine-sterilizer_549682206.html

Figura 23 - (Servo. 2011. “Tanque de pasteurização (Servolift LLC)”. Pasteurizing Vessels | STVES-BOPAS | SERVOLiFT US Canada Puerto Rico. Acedido a 21 de outubro de 2015.http://www.servo-lift.com/vessels/pasteurizing-vessels


possuem ainda um agitador para promover o adequado e uniforme aquecimento de

elementos de natureza mais viscosa. [5]

Estes alimentos podem ainda ser tratados em permutadores de calor, sendo

submetidos a temperaturas elevadas durante um curto período de tempo, o que assegura a

boa qualidade dos produtos e um aumento da segurança alimentar e do rendimento do

processo [5]. Vários equipamentos foram desenvolvidos de forma a permitir o aquecimento

adequado alimentos mais viscosos, já que estes irão sempre apresentar mais obstáculos no

seu uniforme aquecimento. De entre estes constam o permutador de calor em placa, o

permutador de calor tubular e o permutador de calor de tubo concêntrico. No entanto, todos

estes permutadores funcionam Segundo o mesmo mecanismo: O alimento e o fluído de

aquecimento falando em estruturas diferentes, mas imediatamente adjacentes, sendo o

sentido em que alimento flui oposto ao sentido em que o fluido de aquecimento flui, o que

promove o aquecimento do alimento

Pasteurização de alimentos embalados

Grande parte das empresas envolvidas em processos de pasteurização utiliza

autoclaves no processamento de alimentos já embalados, o que permite que estes

alimentos sejam tratados simultaneamente, voltando a esterilizar as embalagens. A

autoclavagem permite ainda a extensão da validade dos produtos alimentares. Os alimentos

em embalagens são colocados em cestos, normalmente metálicos. Estando nos cestos, as

embalagens entram em contacto com o meio com que vão realizar as trocas de calor.

Geralmente tem que se alterar a pressão dentro da autoclave, para que as embalagens

mantenham uma sua forma e tamanho, não se alterando no contacto com o meio. As trocas

de calor entre os alimentos e o meio numa autoclave podem se realizar por diversos

Figura 24 - (ChinA-ogpe. “Estrutura real de um permutador de calor”. Plate heat exchangers - China plate heat exchangers. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.china-ogpe.com/showroom/2804/html/product_Plate_heat_exchangers_20_25619.html

Figura 25 - (HRS. “Estrutura real cortada de um permutador de calor de multi-tubo”. HRS MI Series - Corrugated tube heat exchangers - Components - Products - HRS Heat Exchangers. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.hrs-heatexchangers.com/en/products/components/corrugated-tube-heat-exchangers/hrs-mi-series/default.aspx


processos: imergindo as embalagens em água a elevadas temperaturas, lançando sprays

de água quente sobre as embalagens, ou enchendo de vapor em condensação.

No final do aquecimento, qualquer que

tenha sido o processo utilizado, o fluido de

aquecimento pode ser substituído por um

fluido a baixas temperaturas, o que irá

provocar a diminuição da temperatura do

alimento para aquela a que vai ser conservado

após o processo. [1]

Atmosfera modificada

A conservação de alimentos por atmosfera modificada é uma tecnologia comprovada

para a preservação da qualidade natural dos produtos alimentares com aumento da sua

vida útil de armazenamento.

O sucesso do armazenamento em atmosfera modificada depende da hermeticidade

dos depósitos e dos gases neles contidos. É nesse processo que intervém o engenheiro

mecânico, é com o objetivo de desenvolver os depósitos de forma a que seja possível

controlar os parâmetros principais como a composição gasosa de forma a rentabilizar a vida

útil do produto, assim como no desenvolvimento de máquinas que absorvem e geram os

gases para os tanques de atmosfera modificada. [6]

Depósitos de atmosfera modificada e controlada

Existem diferentes tipos de depósitos para armazenar os alimentos em atmosferas

modificadas. Os aqui apresentados são os GAC3000 e o os GAC5000, que são

desenvolvidos pela Fruit Control Equipments.

Estas máquinas têm por objetivo a deteção, a memorização e impressão dos

parâmetros de conservação. Aqui reside a diferença entre ambas, neste caso a GAC3000 é

capaz de analisar os níveis de CO2 e O2 , a partir de um sistema próprio, estando este

sistema ligado a um PLC ( Controladores Lógicos Programáveis) que permite a análise dos

restantes parâmetros. O GAC5000, por sua vez, é constituído por grupos de análise para

CO2 e O2 e de gestão mediante PLC e um PC para supervisionar. [6]

Sendo a GAC5000 uma evolução da GAC3000, esta tem um sistema de deteção mais

evoluído. Ttodos os parâmetros são detetados pelos sensores que fazem parte da câmara.

Figura 26 - (dfttecnology. “Mecanismos de funcionamento de uma autoclave de spray de água”. Steam Water Spray Retorts | Products | dft technology | STOCK. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.dft-technology.de/en/products/steam-water-spray.html


A GAC3000 possui uma câmara a infravermelhos para medir a concentração de CO2 e uma

câmara eletroquímica que mede a concentração de O2.

Absorvedores e Geradores de gases

Absorvedores

As máquinas de absorção têm por objetivo retirar os gases que não são necessários,

ou até prejudiciais, à conservação dos produtos dos depósitos. Existem absorvedores para

diferentes gases como para o dióxido de carbono e etileno. [6]

Figura 27 - (FCE. “GAC3000”. Methods for preserving fruit and vegetables with controlled atmosphere | FCE. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fruitcontrol.it/en/preserving-fruit/

Figura 28 - (FCE. “GAC5000”. Methods for preserving fruit and vegetables with controlled atmosphere | FCE. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fruitcontrol.it/en/preserving-fruit/

Figura 29 - (FCE. “Absorvedor de etileno”. Methods for preserving fruit and vegetables with controlled atmosphere | FCE. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fruitcontrol.it/en/preserving-fruit/


Geradores

Estas máquinas efetuam a produção e posterior depósito de gases na camara do

depósito.

Existem diferentes versões destes geradores de azoto, conforme a dimensão do

armazém e a eficiência de produção. [6]

Figura 30 - (FCE. “Gerador de Azoto”. Methods for preserving fruit and vegetables with controlled atmosphere | FCE. Acedido a 21 de outubro de 2015. http://www.fruitcontrol.it/en/preserving-fruit/


Inovação na preservação alimentar

Utilização de pulsos elétricos

A utilização da eletricidade na conservação da comida surge em 1960, ainda que muito

primitiva e com pouca aplicabilidade, no entanto os progressos feitos na tecnologia voltaram

a despoletar um grande interesse nesta área. Este processo baseia-se em colocar os

alimentos entre dois elétrodos e estes serem atravessados por impulsos elétricos. Através

dos pulsos gerados a membrana das bactérias ou micróbios é destruída levando ao colapso

da mesma. A eficiência do processo, ou seja, a inativação microbiana, é diretamente

proporcional à intensidade dos pulsos. No entanto, devido à intensidade dos mesmos, é

necessário ter cuidado com o tempo de exposição pois pode levar ao aquecimento dos

alimentos pois, apesar do aumento de temperatura ajudar o processo, este é prejudicial

para o consumo dos alimentos pois leva a alterações químicas que os tornam

inconsumíveis. Contudo, é uma hipótese viável visto que se for usada dentro dos limites não

oferece qualquer alteração ao sabor do produto ou aos seus nutrientes e consegue mesmo

manter a sua frescura. [1]

Utilização de radiação Ultravioleta

Para se utilizar radiação Ultravioleta na conservação dos alimentos é necessário

primeiro criá-la, ou seja, gera-se uma diferença de potencial dentro de uma lâmpada, o que

leva à aparição de um campo magnético no interior da mesma que ioniza o mercúrio para

emitir radiação UV. Deste modo, a radiação emitida incide nos alimentos durante o intervalo

de tempo desejado reduzindo a carga microbiana, inativando enzimas e esterilizando as

superfícies. Deve-se ter em atenção o tempo durante o qual se incide radiação no produto,

pois uma dose subletal pode favorecer o crescimento de microrganismos. Apesar de este

tipo de tratamento não trazer alterações significativas ao alimento este tipo de processo não

tem sido muito utilizado na preservação de alimentos devido à sua fraca capacidade de

penetração. [1]


Utilização da nanotecnologia

A nanotecnologia é uma vasta área com muitas e diversificadas aplicações, podendo

uma delas ser a preservação dos alimentos. Um desses exemplos é a síntese e aplicação

de nano partículas super-paramagnéticas, isto é, nano partículas magnéticas com

capacidade de produzir calor quando submetidas a um campo magnético oscilante. Com

esta tecnologia é possível eliminar a atividade microbiana através da destruição da mesma

a partir do calor e aquecimento. É também possível sintetizar nano partículas que apenas

quando estão dentro do produto libertem ou criem enzimas e para manter o produto

consumível. [1]

Utilização da radiação nuclear

Através da energia nuclear é possível utilizar algumas das suas características para a

conservação alimentar. O tratamento de alimentos através da radiação nuclear baseia-se na

irradiação destes, que, apesar de acarretar algumas alterações químicas nos alimentos

nenhuma conhecida é nociva ou perigosa, motivo pelo qual a OMS recomenda o uso e

aplicação da radiação de alimentos. A exposição dos alimentos a este tipo de radiação

ionizante (não ioniza necessariamente o produto, exceto em casos onde seja usado em

excesso e leve à quebra de moléculas) leva à destruição de microrganismos e vírus,

possibilitando deste modo a sua preservação. [1]


Conclusões

Realizado este relatório, que possui como foco “A Engenharia Mecânica na Indústria

Alimentar” e “O papel da Engenharia Mecânica na conservação alimentar”, podem-se retirar

diversas conclusões aqui a registar, sendo possível dividi-las entre dois pontos, o conteúdo

do relatório e o âmbito em que este foi realizado, ou seja, a unidade curricular “Projeto

FEUP”.

Primeiramente, no que toca ao conteúdo do relatório, procedeu-se a uma descrição

cronológica da Conservação Alimentar e ficou clara a grande evolução que esta área

sofreu. Desde um saber empírico, removido de qualquer contexto teórico, com uma baixa

eficiência até uma área multidisciplinar, altamente especializada, e cuja eficiência pode ser

comprovada pela grande disponibilidade de alimentos com grande qualidade em qualquer

supermercado.

A Engenharia Mecânica constitui uma das disciplinas que maior contributo deu para a

Conservação Alimentar. Nas secções do relatório relativas à atualidade, é clara essa

contribuição nos três exemplos apresentados. A refrigeração eficaz, amplamente utilizada

nos dias de hoje seria impensável sem um conhecimento profundo da termodinâmica e sem

os sistemas baseados em princípios termodinâmicos e mecânicos desenvolvidos pelo

Engenheiro Mecânico. Sistemas estes capazes de criar e manter baixas temperaturas para

o armazenamento seguro de alimentos de forma fiável.

Fica ainda claro que o papel do Engenheiro Mecânico na Conservação Alimentar não

passa por decidir quais as temperaturas a que devem permanecer os alimentos, ou qual a

composição gasosa que menos oxida dados vegetais, mas sim em conceber e executar a

maquinaria capaz de satisfazer estas exigências da forma mais eficiente e fidedigna

possível, sem esquecer eventuais questões ambientais que possam decorrer do

funcionamento do sistema criado.

No futuro, o papel do Engenheiro Mecânico neste âmbito continuará a ser o acima

descrito, no entanto, tendo que se adaptar às inovações da área, como os campos elétricos

ou a nanotecnologia.

Por último, este relatório foi desenvolvido na unidade curricular “Projeto FEUP” e

pensamos que cumpriu com os seus dois objetivos principais, a inclusão do estudante na

comunidade académica e o desenvolvimento de capacidades de redação de um relatório

com a estrutura formal correta.


Referências bibliográficas

1. Rahman MS. Handbook of food preservation: CRC press; 2007.

2. Dincer I. Refrigeration. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology: John

Wiley & Sons, Inc.; 2000.

3. Nummer, B.A.. 2015. National Center for Home Food Preservation | NCHFP

Publications. Acedido a 21 de outubro de 2015.

http://nchfp.uga.edu/publications/nchfp/factsheets/food_pres_hist.html

4. Kansas Historical Society. 2012. Food Preservation - Kansapedia - Kansas Historical

Society. Acedido a 18 de outubro de 2015. https://www.kshs.org/kansapedia/food-

preservation/17877

5. Haaf, S. and H. Henrici, Refrigeration Technology, in Ullmann's Encyclopedia of

Industrial Chemistry. 2000, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

6. Fruit Control. 2015. Methods for preserving fruit and vegetables with controlled

atmosphere | FCE. Acedido a 12 de outubro de 2015. http://www.fruitcontrol.it/en/preserving-

fruit/

a engenharia mecânica na indústria alimentarprojfeup/submit_15_16/uploads/relat_1m05... · o...

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