atividade de Água na indústria de pet...

Atividade de Água na Indústria de Pet Food.

Tânia M. M. Shibata

Decagon Devices LatAm.

Algumas perguntas antes de iniciarmos a apresentação

Um caso real Uma companhia produzia 1000kg/h de ração. Operando 8h/dia; 5 dias/semana; 22 dias /mês (1000kg/h x 8h x 22 dias x 12 meses = 2.112.000Kg/ano) O fabricante vendia a $0,90/Kg (2.112.000 x 0,90 = $ 1.900.800 /ano)

Você gostaria de ganhar $42.000,00 extras por ano vendendo água? Isso pode ser alcançado medindo atividade de água do produto ao invés da umidade.

Eles geraram um adicional de $42.000,00 sem alterar a formulação e com a mesma quantidade de matéria prima. Adicionalmente os custos de produção reduziram pela economia na secagem.

Aumentando o valor da atividade de água do produto para 0,65 (10% umidade), o produto permanceu seguro e eles produziram 2,22% a mais por ano, que equivale a 46.886Kg.

Originalmente ele secava o produto a 8% umidade, que correspondia a 0,50aw.

Alimentação animal

Equilíbrio entre as camadas e com o meio ambiente

Fatores que influenciam na velocidade do equilíbrio Área superficial – tamanho das partículas

Velocidade do ar

Temperatura

Pressão atmosférica

Atividade de água ≠ Umidade

Atividade de água Medida do estado da energia da água em um sistema. (Qualitativa). Uma qualidade interna que não depende da quantidade de amostra. Umidade Quantidade de água presente em uma amostra sobre base seca ou úmida. Uma propriedade extensiva que depende da quantidade de amostra.

http://atividadedeagua.blogspot.com.br/



Umidade de diferentes grãos acondicionados em diversas URE ou aw

Grão Temperatura aw °C 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Cevada 5 10 12 13 15 18 22 10 10 12 13 15 18 21 15 10 11 13 15 18 21 20 10 11 13 15 17 21

Milho 5 12 14 16 19 18 22 10 11 13 16 18 18 21 15 11 13 15 17 18 21 20 10 12 14 17 17 21

Sorgo 5 12 14 15 17 19 22 10 12 13 15 17 19 22 15 12 13 15 16 19 22 20 11 13 14 16 18 21

Soja 5 7,7 9,9 12 15 19 26 10 7,5 9,6 12 15 19 25 15 7,3 9,4 11 14 18 25 20 7,1 9,1 11 14 18 24

Trigo duro 5 13 15 17 19 21 25 10 12 14 16 18 21 24 15 12 14 16 18 20 23 20 12 13 15 17 19 23

Trigo macio 5 12 13 15 17 19 22 10 11 13 14 16 18 21 15 11 13 14 16 18 20

20 11 12 14 15 17 20

Pang, Y. & Herman, T.J. Water activity as a predictor of feed shelf life. GRSI-1003 Feed Manufacturer

Atividade de água = Estado de energia da água

Qual a diferença entre a água na esponja e a água no béquer? Entre tantas respostas uma

delas é a energia da água. O estado da energia da água

na esponja é menor do que o estado da energia da água no béquer.

http://aqualabblog.wordpress.com/2012/07/27/basico-sobre-atividade-de-agua-por-dr-gaylon-campbell//

Definindo Atividade de água - aw

Mais algumas perguntas

Definições de aw

µ = µo + RT ln (f/fo)

Fugacidade

Constante Gases Temperatura

Potencial químico

Potencial químico de uma substância pura

Definição de atividade de água

aw = p/po

1. Equilíbrio 2. Constantes T & P

Produto Água pura

Lewis e Randall (1961) : conceito de atividade. A fugacidade é igual a pressão vapor

(f = p)

aw = f/fo = p/po

Pressão de vapor da água na amostra a ºC

aw = ——————————————————

Pressão de vapor da água pura ºC

aw = URE (%) /100

Definição de atividade

Valores de atividade de água

Água pura 1,00 aw

0,0aw 0,60 aw

Por que medir atividade de água?

Prever o desenvolvimento microbiano Avaliar as reações químicas e vida de prateleira Estabilidade física Embalagem – proteção contra umidade ambiente. Transferência de umidade entre ingredientes Intercâmbio de umidade com o meio ambiente Predição da curva de isoterma – umidade vs aw

aw e Microbiologia

Fontes de contaminação

Durante a fabricação do produto Matéria prima contaminada Manipuladores Ambiente fabril

Produto acabado: Consumidor Ambiente residencial

Consequências da contaminação

Deterioração: Aparecimento do bolor Alteração de cor, textura e viscosidade Produção de bolhas Odor atípico (produção de voláteis com odor

desagradável)

Fatores que influenciam o desenvolvimento de micro-organismos

Atividade de água Temperatura pH Oxigênio Nutrientes Inibidores naturais/preservantes Etc.

aw e micro-organismos : 55 anos !!

Scott, WJ (pesquisador australiano)

1957 “Water Relations of Food Spoilage Microorganisms” Advances Food Research, 7:83-127

Efeito de vários níveis de aw na curva de crescimento e fase estacionária de Staphylococcus aureus.

Proliferação microbiana

Efeito de aw na redução do crescimento da bactéria

Adaptado de Troller, J. A. (1987). Adaptation and growth of microorganisms in environments with reduced water activity. In: Water activity: Theory and applications to food Rockland, L. B. and Beuchat, L. R. eds. Marcel Dekker, Inc.New York p.101-117.

Fase de latência

Fase de proliferação exponencial

Fase estacionária

Proliferação microbiana

aw Limite de crescimento* de Bactérias Micro-organismo aw Mínima

Clostridium botulinum E 0.97 Pseudomonas fluorescens 0.97 Escherichia coli 0.95 Clostridium perfringens 0.95 Clostridium botulinum A, B 0.94 Salmonella spp. 0.95 Vibrio parahaemoliticus 0.94 Bacillus cereus 0.93 Listeria monocytogenes 0.92 Bacillus subtilis 0.91 Staphylococcus aureus (anaerobic) 0.90 Staphylococcus aureus (aerobic) 0.86

* Condições ótimas de pH, temperatura, etc.

aw Limite de crescimento* de bolores Micro-organismo aw Mínima

Rhizopus nigricans 0.93

Penicillum expansum 0.83

Penicillum islandicum 0.83

Aspergillus fumigatus 0.82

Penicillum cyclopium 0.81

Penicillum martensii 0.79

Aspergillus niger 0.77

Aspergillus ochraceous 0.77

Aspergillus restrictus 0.75

Aspergillus candidus 0.75

Eurotium chevalieri 0.71

Eurotium amstelodami 0.70

Monascus bisporus 0.61

* Condicões ótimas de pH, temperatura, etc.

Espécie Micotoxina aw mínima desenvolvimento

aw mínima Produção

micotoxina

Aspergillus flavus Aflatoxina 0,78-0,80 0,83-0,87

Aspergillus parasiticus Aflatoxina 0,82 0,87

Penicillium citrinum Citrinina 0,80 -

Aspergillus ochraceus Ocratoxina 0,77-0,83 0,83-0,87

Penicillium cyclopium Ocratoxina 0,81-0,85 0,87-0,90

Penicillium martensii Ácido penicílico 0,79-0,83 0,99

Penicillium cyclopium Ácido penicílico 0,82-0,87 0,97

Penicillium patulum Patulina 0,81-0,85 0,85-0,95

Penicillium expansum Patulina 0,83-0,85 0,99

Aspergillus clavatus Patulina 0,85 0,99

Trichothecium roseum Tricotecina 0,90 -

aw e Reações químicas

Estabilidade química e bioquímica

Oxidação lipídica Degradação de nutrientes Escurecimento não enzimático e reação de Maillard Atividade enzimática

aw influencia velocidades de reações:

Água atua como: • solvente • reagente • modifica a mobilidade dos reagentes (viscosidade)

Oxidação lipídica

Degradação de nutrientes

Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9-125-60, Phase II, Final Report:10-81.



Kirk, J. R. (1981). Influence of water activity on stability of vitamins in dehydrated foods. In: Water Activity: Influences on Food Quality Rockland, L. B. and Stewart, G. F. eds. Academic Press, New York p.631.

Atividade da enzima

Atividade da enzima

(days)

Hidrólise de lecitina

Acker, L. & Kaiser, H. (1959). Zeitschrift Fuer Lebensmittel-Untersuchung Und -Forschung. 110:349-356.

Drapron, R. (1985) Enzyme activity a a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato, D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.

Atividade da enzima

Atividade de água serve como mapa para predizer que tipo de reação ocorrerá, baseado na composição do produto.

Estabilidade química e bioquímica

Textura do produto em função da região de sorção na isoterma

Região 1 (baixa umidade)

Seco Duro

Quebradiço Encolhido

Região 2 (umidade intermediária)

Seco Firme / Flexível

Região 3 (alta umidade)

Úmido Macio

Inchado Pegajoso

Para se manter as propriedades de fluidez e prevenir o empedramento de pós Estabelecer o valor de aw crítica Tratamento dos pós para valores abaixo

da aw crítica. Utilizar embalagem de alta barreira a

umidade Armazenar a baixas temperaturas Saches dessecantes Adição de agentes antiumectantes

Fluidez do pó e empedramento

Migração de umidade Sistemas com multi-fases • Duas regiões distintas com aw diferentes • Água move de área de alta aw para áreas de baixa aw. • A força de condução da água está diretamente relacionada a aw. • Velocidade da migração depende da estrutura de propriedades de difusão do produto.

Migração da umidade causa:

• mudança na textura / sensorial

• crescimento microbiano

• reações de degradação

• alteração organoléptica

• perda de peso do produto embalado

Alguns estudos

Comportamento da atividade de água de 3 rações comerciais armazenadas em diferentes locais

Rev. Bras. Saúde Prod. An., Salvador, v. 12, n.3, p.784-793 jul/set, 2011 Aspectos microbiológicos e físico-químicos de três rações comerciais sob diferentes condições de armazenamento.

Atividade de água e umidade de polpa cítrica peletizada

Revista Brasileira de Eng. Agrícola e Ambiental, v.5, n.2, p 283 – 287, 2001. Modelagem matemática da atividade de água em polpa cítrica peletizada.

Composição da ração com variação somente da quantidade de água adicionada durante o processo de extrusão Murakami, Fabiane Yukiko, Impacto da adição de água no processo de extrusão sobre a digestibilidade e propriedades físico-químicas da dieta para cães. Dissertação (mestrado em Ciências Veterinárias) UFPR, 2010

Murakami, Fabiane Yukiko, Impacto da adição de água no processo de extrusão sobre a digestibilidade e propriedades físico-químicas da dieta para cães. Dissertação (mestrado em Ciências Veterinárias) UFPR, 2010


Moagem Tipo de ração Diâmetro Pré condicionador Pós condicionador Pos Peletizador Pós resfriamento Pellet Temp °C aw Temp °C aw Temp °C aw Temp °C aw 1 Pig Starter 3,0 33 0,67 70 0,73 82 0,75 30 0,67

Engorda Frango de corte 3,8 33 0,72 79 0,82 88 0,82 28 0,73


Pato corte 3,8 36 0,67 78 0,79 82 0,79 30 0,71 2 Pato postura 4,2 33 0,66 60 0,77 77 0,80 34 0,71


Camarão 2,0 34 0,62 79 0,78 108 0,77 34 0,55 3 Peixe 4,5 32 0,66 70 0,74 88 0,76 34 0,68 Pato corte 4,0 33 0,72 73 0,84 80 0,85 30 0,73 4 Pig Starter 4,0 32 0,68 82 0,78 88 0,79 32 0,62 Pig grower 4,0 34 0,68 79 0,82 88 0,79 30 0,63 5 Pig Starter 4,0 39 0,68 82 0,80 85 0,79 34 0,64


Peixe 1,5 36 0,71 88 0,84 94 0,83 34 0,70


Amostras com aw acima de 0,76 fungos surgiram em 3 semanas. Amostras com aw entre 0,70 e 0,75 fungos surgiram entre 40 e 80 dias Os esporoso / fungos tornaramse visíveis após 90 dias de armazenagem.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Water Activity

Moi

stur

e C

onte

nt (%

d.b

.)

Você sabe o que acontece com a sua ração quando é secada, hidratada e desidratada novamente?

Produto seguro

Produto pode mofar

Considerações Ácaros podem estar ativos a 5°C e acima de 0,65aw e a 40°C acima de 0,60aw.

(Decagon, 2003). Rações secas estão abaixo de 0,60 aw

Monitorar a atividade de água, ajustar a relação água – sólidos solúveis e adequar a embalagem completam o processo.

Secagem adicional ou uso de solutos como sal, sacarose ou sorbitol podem reduzir a atividade de água, entretanto isso pode alterar as características desejadas do produto final.

Preservativos como benzoato de sódio, ácido propiônico e sorbato de potássio podem ser usados para controlar o desenvolvimento microbiano.

Faotres como pH, micro-organismos alvos, sabor e custo podem ser utilizados na decisão do preservativo apropriado.

Isoterma de sorção devem ser traçadas para predizer a estabilidade física do produto, determinar os limites críticos das características desejadas.

Rações com alta umidade (0,84aw), como os enlatados, devem ser processados em conformidade as regulamentações para alimentos enlatadas pouco ácidos (21 CFR, Part 113). Essa regulamentação estabelece os fatores críticos como atividade de água a ser usada em conjunção com processamento térmico e deve estar livre de ácaros.

PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO AQUALAB SERIES 4

Ponto de Orvalho

Ponto de Orvalho O espelho se resfria até que se forme o orvalho. Célula fotoelétrica detecta o ponto exato da primeira condensação no espelho. Um termopar grava a temperatura na qual ocorreu a condensação. AquaLab então emite um sinal sonoro e apresenta os valores de atividade de água final e temperatura.

Constante dielétrica

Sensores dielétricos A umidade altera as propriedades elétricas de um material higroscópico em equilíbrio com o ar que está sobre a amostra. Constante dielétrica ou Capacitância

Eletrodo Poroso

Eletrodo Poroso

Polímero Higroscópico

Cabos Elétricos

Cuidados com o seu instrumento

Exatidão

Sensores sempre limpos

Equilíbrio da

temperatura

7,5 ml de amostra

representativa

Local sem oscilação térmica

Calibração periódica

Preparo de amostra

John Z. www.aqualab.com

Frutas frescas, produto cárneos / Sabonetes, baton: cortar em pequenos pedaços Realizar a leitura imediatamente. Oxidação e perda de água para ambiente alteram o valor real de aw.

Oleaginosas, cereais, grãos em geral: triturar ou moer a amostra. O longo tempo moendo e o aumento da temperatura durante a moagem podem alterar o valor de aw.

Ração dura / Comprimidos: quebrar em gral ou triturar levemente. Rações e comprimidos pequenos podem ser lidos íntegros.

Ração macia contendo propileno glicol: o mesmo procedimento anterior, entretanto necessita de leitura imediatamente após a trituração e com sensor apropriado.

Caramelos, caldas, méis, geléias, cremes: não necessitam de preparo, colocar uma alíquota na cápsula e realizar a leitura.

Sucos e lácteos concentrados, soluções, xampu, loções: adicionar na cápsula e realizar a leitura.

Pós, farinhas, liofilizados, spray dry: requerem cuidados extras como após adicionadas na cápsula de amostra leitura imediata em ambiente com temperatura controlada, evitar que o pó fino contamine o sensor .

Preparo de amostra

Dados não publicados Decagon Devices

amostra sem preparação um corte ou fatia

triturado em gral

aw (oC) aw (oC) aw (oC)

Biscoito 0,233 24,8 0,234 24,7 0,235 27,2

Comprimido anti-ácido revestido

0,299 25,4 0,300 25,9 0,294 26,1

Forma farmacêutica sólida OTC

0,458 25,4 0,300 25,9 0,348 25,9

Uva passa revestida chocolate

0,345 26,0 0,345 26,0 0,421 26,1

Instrumentos Decagon

Conclusão Para produzir uma ração segura e comercialmente viável, a

atividade de água deve ser analisada no desenvolvimento do produto e na garantia da qualidade.

Os valores de atividade de água são extremamente importantes em qualquer tipo de ração, visto que desempenha papel na estabilidade física, química e biológica do produto.

Há vários métodos para analisar e determinar o efeito da atividade de água mesmo em formulações especiais.

O desafio da indústria de ração é utilizar a correta combinação de ingredientes, processamento e embalagem para criar produtos seguros e com padrão de qualidade, encontrar os parâmetros dos custos, manter a integridade do projeto e satisfazer o consumidor.

by R.A. Timmons, North American Biosciences Center, Alltech Inc

Agradecemos a sua participação

Decagon Devices LatAm

R. José Alves dos Santos, 281 Sala 102 Floradas de S. José 12.230-081 S.J dos Campos – SP Fone: (12) 3307-1016

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