Acondicionamento de Produtos Alimentícios em Acondicionamento de Produtos Alimentícios em Atmosfera Modificada e ControladaAtmosfera Modificada e Controlada

UNIPAMPA

Tecnologia de Frutas e Hortaliças

Atmosfera Modificada e ControladaAtmosfera Modificada e Controlada

Eduardo Henrique M. WalterEngenheiro de Alimentos

Setembro de 2010

Inserção TecnológicaInserção Tecnológica

� Modificações do estilo de vida x Demandas de mercado� Revolução industrial� Revolução feminista� Revolução “natureba”

Desenvolvimento de novos produtos� Desenvolvimento de novos produtos� Inovações em formulações, processamentos e

embalagens� Exemplo: Forecrest Foods of Calgary, empresa

canadense produtora de crumpets. � Esta empresa quadruplicou as vendas e ampliou o

mercado até os EUA com o extensão da vida útil dos crumpets de 4 dias para 1 mês. Isto foi realizado pela reformulação do produto e acondicionamento em A.M. à temperatura ambiente.

� A embalagem com AM é usada para aumentar a vida de prateleira dos produtos acondicionados

� Mantém o produto com

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

� Mantém o produto com características próximas do natural

� Proporciona a eliminação do uso de conservantes químicos

� Melhoria dos sistemas de distribuição

Vantagens x Desvantagens

1ª Prolongamento da vida-de-prateleira para produtos com características “naturais”

2ª Apresentação diferencial do produto, marca...

Σ (a,b,c) = ???

Desvantagens ... Econômicas

Tecnológicas

Ambientais?

HISTÓRICOHISTÓRICO

�� Século XIXSéculo XIX - Uso de CO2 para conservação de carnes

�� 18891889 - Estudo do efeito �� 18891889 - Estudo do efeito bacteriostático do CO2

�� 19101910 - Considerável uso de atmosfera modificada (AM) para

conservar alimentos

�� 19381938 - Transporte marítimo de carnes frescas

�� Década de Década de 19601960 - Aplicação em estocagem de aves

�� Início do século XXInício do século XX - Estocagem de frutas e hortaliças a granel em

HISTÓRICOHISTÓRICO

de frutas e hortaliças a granel em contentores com atmosfera modificada ou controlada

�� RecentementeRecentemente o conceito foi estendido de estocagem a granel em câmaras para embalagens

AplicaçõesAplicações

� Produtos carneos* e pescado

� Frutas e hortaliças

� Produtos de panificação e massas alimentícias

� Produtos lácteos� Produtos lácteos

� Cafés, chás e condimentos

� Cereais e snacks-crisps

� Balas, chocolates e confeitos

Princípios básicos� Modificação e controle da composição gasosa do

ambiente de armazenamento

� ↓ [O2]

� ↑ [CO2]

8

� ↑ [CO2]

Maçã e pêraMaçã e pêra2 2 –– 10% 10% COCO222 2 –– 10% 10% OO22

NN22 –– balanceamentobalanceamento

78% N20,03% CO2

Ar He Kr Xe H2

9

20,8% O2

Definições de AMDefinições de AM

� Sistema de embalagem hermético,com um filme de boa barreira agases, em que o micro-ambientegasoso é modificado a fim degasoso é modificado a fim deaumentar a vida útil do produto pelaredução de sua atividade fisiológica etaxa de desenvolvimento microbiano.

� Sistema de embalagem em que o micro-ambiente gasoso é modificado antes do fechamento e, ou durante a estocagem.

Definição de AC

� Sistema de controle contínuo da atmosfera do produto.

12

13

CO2 C2H4

15

O2 N2

Dicas importantes

� Não armazenar vegetais de diferentes

grupos na mesma câmara

Efeito adverso do etileno

� Produtos de diferentes graus de maturação

armazenados em câmaras distintas

Melhor controle do armazenamento

� Combinação de AC com refrigeração

Cuidado!!!

� Concentrações inferiores a 6% de O2 causam

perda de consciência em menos de 30 s

17

Métodos para Modificação de AtmosferaMétodos para Modificação de Atmosfera

� Atmosfera controlada

� Atmosfera modificada

� AtivaEmbalagem gaseificada� Embalagem gaseificada

� Absorvedores e geradores de gases

� Passiva� Atmosfera modificada de equilíbrio

� Vácuo

Concepção do Sistema de AtmMConcepção do Sistema de AtmModod

� Características do produto

� Temperatura/tempo de estocagem

� Mistura gasoso

Propriedades da embalagem� Propriedades da embalagem

� Eficiência dos equipamentos

Que tal um cafezinho???

Fonte: www.pmministries.com (2007)

Mercado de Café

� Maior exportador mundial de grãos verdes

� Representa 0,4% do mercado internacional de café beneficiado

Antigamente� Antigamente� Modelo de mercado exportador

� Atualmente� Renovação no mercado interno

Soluções Tecnológicas

� Grãos especiais

� Blends celebrados por especialistas

� Tecnologia de processamento

� Sistemas de embalagens

� Design das embalagens

Torrefação

� Desenvolvimento das características sensoriais do produto

� Perda de umidade (6-10%)

Formação de CO� Formação de CO2

Considerações em Sistemas de Embalagem

� Liberação de CO2

� Barreira ao O2

� 1% O2 = +1 ano

2% O = 6 meses� 2% O2 = 6 meses

� 5% O2 = semanas

� Barreira à aromas

Embalagens metálicas e vítreas Embalagens flexíveis

Propriedades de Barreira

[g/m2.dia] (38°C/90% UR)

[cm3/m2.dia.atm]

(23 °C/0% UR)24,013004535/25Cel/PE

H2OCO2O2

Taxa de PermeabilidadeGramatura

[g/m2]Material

[g/m2.dia] (38°C/90% UR)

[cm3/m2.dia.atm]

(23 °C/0% UR)24,013004535/25Cel/PE

H2OCO2O2

Taxa de PermeabilidadeGramatura

[g/m2]Material

---30/15/20/35Cel./PE/Alumínio/PE

5,97900185070PE

4,94200120050PP

0,91706020/35PP met./PE

3,03500115020/35PP/PE

5,5451216/3/45Poliéster met./Cola/PE

9,111001535/3/30Cel/Cola/PE

24,013004535/25Cel/PE

---30/15/20/35Cel./PE/Alumínio/PE

5,97900185070PE

4,94200120050PP

0,91706020/35PP met./PE

3,03500115020/35PP/PE

5,5451216/3/45Poliéster met./Cola/PE

9,111001535/3/30Cel/Cola/PE

24,013004535/25Cel/PE

Fonte: Cabral e Fernandes (1982)

Teoria dos obstáculos

Mistura gasosa

O poder dos gases!

78% N20,03% CO2

Ar He Kr Xe H2

30

20,8% O2

Mistura GasosaMistura Gasosa

� Ar atmosférico� N2, O2, CO2, H2O e outros

� Gases antimicrobianos� CO2, CO, O3, SO2, Cl2, NO, N2O, C2H4O, C3H7O2 3 2 2 2 2 4 3 7

� Gases de suporte� N2, He, Ne, Ar

� Gás de segurança� O2

Características do COCaracterísticas do CO22

� Gás anti-microbiano natural

� Estável

� Baixa toxides

� Poucas alterações sensorial indesejável� Poucas alterações sensorial indesejável

� Baixo custo relativo

Fatores que influenciam o efeito do COFatores que influenciam o efeito do CO22

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

� Concentração gasosa

� Temperatura de estocagem� Temperatura de estocagem

� Absorção pelo produto

� Permeabilidade e hermeticidade da embalagem

NitrogênioNitrogênio

� Baixa solubilidade e permeabilidade relativa

� Substitui O2

� Previne oxidação

� Inibe microrganismos aeróbios

� Acolchoamento

� Minimiza a colapsagem

Efeito da A.M. sobre a MicrobiotaEfeito da A.M. sobre a Microbiota

Fonte: Anjos (2005)

Efeito da Atmosfera sobre a MicrobiotaEfeito da Atmosfera sobre a Microbiota

� Microrganismos patogênicos e deteriorantes

� Clostridium botulinum e psicrotróficos

� Polinômio t x T x Aa x pH x [O2] x Conservantes

Efeito da mistura gasosa sobre pãesEfeito da mistura gasosa sobre pães

Mistura Gasosa Vida útil de pãesMistura Gasosa Vida útil de pães

[Dias]O2 [%] N2 [%] CO2 [%]

1 99 - 5

1 - 99 100

Fonte: Bogadtke, 1979

O2 e CO2 em Frutas e Hortaliças

� Efeito positivo na redução da respiração

[O2] < 10%

Concentração mínima: 1 – 3%

� Níveis elevados de CO2

Preservação de substâncias pécticas

Manutenção da textura

Retenção de sabor e aroma

� ↑ [O2]

Aumento na produção de etileno

� ↑ [CO2]

O2 e CO2

� ↑ [CO2]

Redução, manutenção ou aumento na taxa

de produção de etileno em frutas

� Ausência de O2

Respiração anaeróbia

Formação de acetaldeído e etanol

Escurecimento da polpa

Excesso de CO� Excesso de CO2

Escurecimento dos tecidos

Cavidade na polpa

RESPIRAÇÃOAERÓBIA

(CH2O)n + O2 (ar) � CO2 + H2O + energiaenergia

C6H12O6 + 6O2 � 6CO2 + 6H2O + 673 Kcal + 38 ATP

RESPIRAÇÃOANAERÓBIA

CC66HH1212OO6 6 �� CHCH33COCOOH COCOOH �� COCO22 + CH+ CH33CHO CHO ��CC22HH55OHOH- O2

FERMENTAÇÃOFERMENTAÇÃO

ALTERAÇÕES SENSORIAIS INDESEJÁVEISALTERAÇÕES SENSORIAIS INDESEJÁVEIS

Influência da temperatura de estocagem

� Mistura gasosa

� Produto

� Microbiota

� Embalagem� Embalagem

Fonte: Anjos (2005)

Seleção da mistura gasosa

Quais gases?

Qual concentração?

Recomendações genéricas de Recomendações genéricas de Misturas Gasosa para Produtos de PanificaçãoMisturas Gasosa para Produtos de Panificação

� 20-30% CO2

� Inibição da maioria dos microrganismos aeróbios

� 50-60% CO2

� Concentração máxima inibitória

� 100% CO2

� Problemas de colapsagem

� 70-80% CO2

� Compensam as perdas de CO2

Atmosferas típicas para outros produtosAtmosferas típicas para outros produtos

ProdutoProduto % N% N22 % CO% CO22 % O% O22

Pão de forma 0-20 80-100 -

Massa fresca 0-30 70-100 -

Fontes: Church (1994); diSTAM/UNIMI (1998)

Massa fresca 0-30 70-100 -

Carne fresca - 20-30 70-80

Bacon 60-70 30-40 -

Alface 80-90 5-10 5-10

Armazenamento de hortaliças

HORTALIÇAHORTALIÇA TEMP TEMP (ºC)(ºC)

UR UR (%)(%)

OO22(%)(%)

COCO22(%)(%)

VIDA ÚTILVIDA ÚTIL

alfacealface 00 98 98 -- 100 100 2 2 -- 55 00 2 2 –– 3 sem3 sem

cebolacebola 00 65 65 -- 7070 1 1 -- 33 5 5 -- 1010 1 1 –– 8 meses8 meses

47

tomatetomate 8 8 -- 1010 85 85 -- 9090 3 3 -- 55 3 3 -- 55 1 1 –– 3 sem3 sem

pimentãopimentão 7 7 -- 1010 95 95 -- 9898 2 2 -- 55 2 2 –– 55 2 2 –– 3 sem3 sem

brócolisbrócolis 00 95 95 -- 100100 1 1 -- 22 5 5 -- 1010 10 10 –– 14 dias14 dias

FRUTAFRUTA TEMP TEMP (ºC)(ºC)

UR UR (%)(%)

OO22(%)(%)

COCO22(%)(%)

VIDA ÚTILVIDA ÚTIL

uvauva --0,5 0,5 -- 00 90 90 -- 9595 2 2 -- 55 1 1 -- 33 1 1 –– 6 meses6 meses

morangomorango 00 90 90 -- 9595 5 5 -- 1010 15 15 -- 2020 7 7 –– 10 dias10 dias

48

laranjalaranja 3 3 -- 99 85 85 -- 9090 5 5 -- 1010 0 0 -- 55 3 3 –– 8 sem8 sem

abacaxiabacaxi 7 7 -- 1313 80 80 -- 9090 2 2 -- 55 5 5 -- 1010 2 2 –– 4 sem4 sem

mamãomamão 7 7 -- 1313 85 85 -- 9090 2 2 -- 55 5 5 -- 88 1 1 –– 3 sem3 sem

49

1ºC1ºC

50

1ºC1ºC

51

1ºC1ºC

52

53

1ºC1ºC

Tolerância ao Tolerância ao OO22Concentração Concentração mínimamínima tolerada tolerada

(%)(%)

Produtos Produtos

0,50,5 nozesnozes

1,01,0 algumas cultivares de maçã e pêra, algumas cultivares de maçã e pêra,

54

1,01,0 algumas cultivares de maçã e pêra, algumas cultivares de maçã e pêra, brócolis, alho, cogumelo, cebola, brócolis, alho, cogumelo, cebola, frutas e hortaliças minimamente frutas e hortaliças minimamente

processadasprocessadas

2,02,0 maioria de cultivares de maçã e maioria de cultivares de maçã e pêra, kiwi, cereja, nectarina, pêra, kiwi, cereja, nectarina,

pêssego, ameixa, morango, papaia, pêssego, ameixa, morango, papaia, melão, abacaxi, azeitona, vagem, melão, abacaxi, azeitona, vagem,

alface, repolho alface, repolho

Tolerância ao Tolerância ao OO22

Concentração Concentração mínimamínima tolerada tolerada

(%)(%)

Produtos Produtos

3,03,0 abacate, caqui, tomate, pimentão, abacate, caqui, tomate, pimentão,

55

3,03,0 abacate, caqui, tomate, pimentão, abacate, caqui, tomate, pimentão, pimentão, pepinopimentão, pepino

5,05,0 citrus, ervilha, batata, batatacitrus, ervilha, batata, batata--docedoce

Tolerância ao Tolerância ao COCO22

Concentração Concentração máximamáxima tolerada tolerada

(%)(%)

Produtos Produtos

2,02,0 algumas cultivares de maçã e pêra, algumas cultivares de maçã e pêra, uva, damasco, azeitona, tomate, uva, damasco, azeitona, tomate,

56

uva, damasco, azeitona, tomate, uva, damasco, azeitona, tomate, pimentão, alface, batata docepimentão, alface, batata doce

5,05,0 maioria das cultivares de maça, maioria das cultivares de maça, pêssego, nectarina, ameixa, laranja, pêssego, nectarina, ameixa, laranja, abacate, banana, manga, papaia, abacate, banana, manga, papaia, kiwi, ervilha, pimenta, berinjela, kiwi, ervilha, pimenta, berinjela, couvecouve--flor, repolho, cenouraflor, repolho, cenoura

Tolerância ao Tolerância ao COCO22

Concentração Concentração máximamáxima tolerada tolerada

(%)(%)

Produtos Produtos

10,010,0 limão, lima, caqui, abacaxi, pepino, limão, lima, caqui, abacaxi, pepino, quiabo, brócolis, aspargo, cebolinha, quiabo, brócolis, aspargo, cebolinha,

57

quiabo, brócolis, aspargo, cebolinha, quiabo, brócolis, aspargo, cebolinha, cebola, alho, batatacebola, alho, batata

15,015,0 morango, amora, framboesa, cereja, morango, amora, framboesa, cereja, figo, melão, cogumelo, couve, figo, melão, cogumelo, couve,

espinafre, beterrabaespinafre, beterraba

MISTURAS IDEAIS DE GASES PARA FRUTAS E MISTURAS IDEAIS DE GASES PARA FRUTAS E LEGUMESLEGUMES

Propriedades dos Filmes FlexíveisPropriedades dos Filmes Flexíveis

� Permeabilidade� Gases inorgânicos

� Vapor de água

� Aromas e odores

Termosoldagem� Termosoldagem

� Resistência mecânica

� Impressão, transparência e brilho

� Maquinabilidade

Composição de um filme “ideal” ???

Seleção de Filmes FlexíveisSeleção de Filmes Flexíveis

� Seleção ≈ ƒ(custo, vida útil)

� Filmes simples� PEAD

� PPBO� PPBO

� PVC

� PET

� Filmes compostos� NYLON/PEBD

� PP/PVdC/SURLYN®

ESTRUTURA DE UM LAMINADOESTRUTURA DE UM LAMINADO EquipamentosEquipamentos

Fonte: diSTAM/UNIMI (1998)

ENVASADORA HORIZONTALENVASADORA HORIZONTAL ENVASADORA VERTICALENVASADORA VERTICAL

TERMOTERMO--FORMAFORMA--ENCHEENCHE--FECHAFECHAEQUIPAMENTO PARA EQUIPAMENTO PARA BAG IN BOXBAG IN BOX

Introdução de gases

� Suprimento engarrafado

cilindros e botijões

� Gelo seco� Gelo seco

� Combustão de gases naturais propano, metano

Remoção de gases

� Exaustão

� Absorção de CO2

Hidróxidos (Ca, Na, K), água, etanolamina

� Absorção de C2H4

Permanganato de potássio, radiação UV

� Eliminação de O2

Injeção de nitrogênio

Oxigênio ResidualOxigênio Residual

� Habilidade do alimento reter oxigênio

� Injeção de gases ou evacuação inadequada

� Permeabilidade do material de embalagem

� Vazamento por microfuros e outros defeitos� Vazamento por microfuros e outros defeitos

Vai uma batatinha aí???

Embalagens AtivasEmbalagens Ativas

Absorvedores e Geradores de Gases

Manual or automatic Manual or automatic Manual or automatic Manual or automatic insertioninsertioninsertioninsertion

[02] < 0,1%

Ageless-eye

[02] > 0,5%

Types of AGELESS® (sachet styles)

Product characteristics

Series of AGELESS Feature & Application

Water activity of product

to be applied

Deoxygenation time at room tempertaure

Maximum exposure time to open ir (25°C)

Z

Especially suitable for dry foods

ZPT:0.95 or less 1-4 days

4 hrs (qhr:Aw<0.65) Abosrption of oxygen begins when sachets are removed from outer master bag. Use as quickly as possible.

Fast-working type Not suitble for use with dessicant

0.65 ~ 0.95 0.5 ~ 2 days 1 hr from time when sachets are removed from outer master bag and spread out. Use as quickly as possible.

S

with dessicant Use as quickly as possible.

FX

Use for moist foods. Stable in air before use. Excellent in water resistance.

0.85 or more 0.5 ~ 1

8 hrs:RH < 70% 4 hrs:RH 70~90% If there is no moisture, effectiveness of AGELESS FX removed from master bag is not impaired. If possible, the package containing the remainder should be sealed.

E

Abosrbs both O2

and CO2

0.3 or less For roasted coffee

only. Differs by size

4 hrs

Absorption of O2 begins when the master bad is opened.

CaracterísticasCaracterísticas

� Relativamente econômico e simples

� Seguro e atóxico

� Sistema pode ser utilizado em conjunto com injeção de gases ou evacuaçãoinjeção de gases ou evacuação

� Formação de vácuo parcial na embalagem

� Resistência do consumidor ao sachet

� Possibilidade de uso inadequado do sachet

Types of AGELESS® (new styles)

Product characteristics

Series of AGELESS

Feature Water activity

of product to be applied

Deoxygenation time at room tempertaure

Maximum exposure time to open ir (25°C)

FL

Label type

1.00 ~ 0.80

0.80 ~ 0.75

0.5 ~ 1 day

1 ~ 2 days

FC

Card type

FS

New sachet type

1.00 ~ 0.85

0.85 ~ 0.75

0.5 ~ 1 day

1 ~ 2 days

8 hrs: RH<70%

4 hrs: RH 70~90%

Sizes of AGELESS®

Series Size

O2 absorption capacity (ml)

Equivalent air volume (ml)

20 20 100

30 30 150

50 50 250

100 100 500

200 200 1000

FX

300 300 1500

500 500 2500

1000 1000 5000

Z S

2000 2000 10000

CO2 absorption capacity (ml)

O2 absorption capacity (ml)

Series Size capacity (ml) capacity (ml)

250 250 25

500 500 50

1000 1000 100 E

2000 2000 200

Series Size

O2 absorption capacity (ml)

Equivalent air volume (ml)

5 5 25

10 10 50

15 15 75

20 20 100

FL

FC 30 30 150

FS

50 50 250

Estrutura de Filmes Ativos MultilaminadosEstrutura de Filmes Ativos Multilaminados

Fonte: Floros e outros (2000)

Filled gas composition

Daily change of mold growth

O2 N2 2 days 4 6 8 10 14 20

Fonte:Mitsubishi Gas Chemical America, Inc, 2005

O2 N2 2 days 4 6 8 10 14 20

AGELESS Packed - - - - - - -

0.2 99.8 - - - - - - +

0.4 99.6 - - - - + +++ +++

0.6 99.4 - - + +++ +++ +++ +++

20.9* 79.1

- + +++ +++ +++ +++ +++

Exemplos

� Aumento da vida útil de pão de forma, embalado com um absorvedor de oxigênio num filme de PP, de 5 dias para 45 dias à temperatura ambiente.

� Os pães utilizados pelo exército americano durante a Guerra do Golfo (1990-1991) eram embalados com um absorvedor de oxigênio num filme de PET/Al/PEAD. A vida útil do produto era de 13 meses a 25 ºC.

Outros SistemasOutros Sistemas

� Absorvedores de CO2

� Hidróxido de cálcio

� Absorvedores de Etileno

� Permanganato de sódio, carbono e terra ativa� Permanganato de sódio, carbono e terra ativa

� Geradores de Antimicrobianos� Etanol, Xatos, bactericinas

� Geradores de Antioxidantes� BHT, BHA, tocoferal

� Absorvedores e geradores de aromas

Embalagens com absorvedores de etileno

� Aumento da vida útil do produto

� Redução de perdas de comercialização

� Melhor apresentação do produto

VANTAGENS DO USO DA AMVANTAGENS DO USO DA AM

� Melhor apresentação do produto

� Opção de comercialização de frutas e

vegetais frescos

� Centrais de acondicionamento

� Custo com equipamentos, embalagens e gases

� Controle de temperatura desde a

DESVANTAGENS DO USO DA AMDESVANTAGENS DO USO DA AM

Controle de temperatura desde a embalagem até o consumo final

� Exige a otimização de um sistema específico de embalagem-produto estocagem e comercialização

� Qualidade inicial do produto

� Mistura gasosa

� Temperatura

SUCESSO DA APLICAÇÃO DA AM

� Propriedades de barreira da embalagem

� Eficiência do equipamento de acondicionamento

Considerações FinaisConsiderações Finais

� A estocagem em A.M. pode ser inadequada para alguns os produtos ou demandar a combinação com outras tecnologias

� O sucesso da aplicação de A.M. depende do � O sucesso da aplicação de A.M. depende do conhecimento das características do produto e sistema de embalagem

� Os testes de aplicação por tentativa e erro podem implicar em riscos a saúde pública

Obrigado pela atenção!Obrigado pela atenção!

Eduardo Henrique M. Waltereduardowalter@unipampa.edu.br

Fonte: diSTAM/UNIMI (1998)