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THARP’S FOOD TECHNOLOGY

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O EFEITO DACONCENTRAÇÃO PORCONGELAMENTO NAS

PROPRIEDADES DOSSORVETES

Um elemento básico do processo deconcentração por congelamento está ligado

ao papel dos solutos no decréscimo do pontode congelamento da água.


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IntroduçãoO termo concentração por congela-

mento refere-se ao conceito pelo qual aconversão de água líquida para geloaumenta progressivamente a concen-tração de materiais dissolvidos na porçãonão congelada de um sistema em fase decongelamento. Este conceito tem um papelimportante no comportamento do sorvete.Este artigo revê a natureza básica daconcentração por congelamento e aforma como influência nas propriedadesdos sorvetes.

FundamentosUm elemento básico do processo de

concentração por congelamento estáligado ao papel dos solutos no decrés-cimo do ponto de congelamento daágua. Como most ra a teoria dacalorimetria, a água pura, sem qualquermaterial dissolvido, congela a umatemperatura de 0ºC (32ºF). Acima doponto de congelamento, o calor removidoda água pura é o calor sensível, isto é,sua remoção resulta em um decréscimona temperatura. Quando a água puraatinge seu ponto de congelamento e ogelo começa a formar-se, todo o calorremovido é o calor latente i.e., o calorremovido quando se envolve umamudança de estado físico, tal comoquando a água é convertida de líquidapara sólida. Quando o calor latente éremovido da água pura em seu ponto decongelamento, nenhuma redução adicio-nal na temperatura ocorre até que todaa água esteja congelada e a temperaturanovamente diminui, à medida que todo ocalor removido torna-se calor sensível.

Quando a água contém um soluto, istoé, um material contido em solução real,os íons e moléculas dos materiaisdissolvidos interferem com a formação doscristais de gelo. O resultado desta interfe-rência é tal que o calor adicional deve serremovido, a fim de se formar o gelo.Portanto, a presença de um soluto faz comque, necessariamente, a água deva atingirtemperatura abaixo do ponto de congela-mento da água pura para que o congela-mento ocorra, ou seja, de forma resumida,os solutos abaixam o ponto de congela-mento da água. Este decréscimo de

temperatura é uma conseqüência inevitávelda presença de materiais dissolvidos,como os açúcares e os sais de leitepresentes em uma mistura para sorvete(ice cream mix). Como resultado, o pontode congelamento de uma típica misturapara sorvete é empurrado para abaixode 0ºC (32ºC), para cerca de -2,7ºC(27ºF) - dependendo da composição damistura -, em uma amplit ude que érelacionada com a quantidade de materialdissolvido.

Existe uma relação direta entre aquantidade de material dissolvido presentee o ponto, em Cº, para o qual o ponto decongelamento é abaixado. Essa relaçãonão envolve o peso percentual do

material, mas sim o número de partículas– íons ou moléculas – em solução. Quantomaior o número de partículas dissolvidas,maior o decréscimo do ponto de congela-mento. Por esta razão, a relação envolveo peso molecular do material dissolvido.À medida que o peso molecular diminui,o efeito de certo peso do material nodecréscimo do ponto de congelamentoaumenta, porque mais par tículas porunidade de peso estão contidas nasolução.

Um exemplo prático da relação entreo peso molecular e o decréscimo do pontode congelamento pode ser encontrado nouso comum de adoçantes de milho comalta frutose (HFCS, do inglês High Frutose

DrDrDrDrDr. Bruce W. Bruce W. Bruce W. Bruce W. Bruce W. Tharp B. Tharp B. Tharp B. Tharp B. Tharp B..S S..S S..S S..S S..S S., ., M.S., ., M.S., ., M.S., ., M.S., ., M.SSSSSS., ., Ph.D D., ., Ph.D D., ., Ph.D D., ., Ph.D D., ., Ph.D D. . em Ciências. . em Ciências. . em Ciências. . em Ciências. . em CiênciasAlimentares, com especializaçãoAlimentares, com especializaçãoAlimentares, com especializaçãoAlimentares, com especializaçãoAlimentares, com especializaçãoem Produtos rodutos Lácteos, Pem Produtos rodutos Lácteos, Pem Produtos rodutos Lácteos, Pem Produtos rodutos Lácteos, Pem Produtos rodutos Lácteos, PPPPPPenn em State Universityenn em State Universityenn em State Universityenn em State Universityenn em State University.....

Bruce TharpBruce TharpBruce TharpBruce TharpBruce Tharp tem toda uma vida deenvolvimento com as indústrias de laticínios esorvetes. Desde suas primeiras experiências nonegócio de sorvetes de sua família - a Tharp’s IceCream, em Shamokin, PA -, Bruce partiu paracompletar três diplomas acadêmicos em CiênciasAlimentares, com especialização em ProdutosLácteos. Após exercer cargos letivos e de pesquisana Universidade de Wyoming e na UniversidadeEstadual de Ohio, Bruce passou 35 anosgerenciando os aspectos técnicos das duasmaiores e mais modernas fornecedoras deingredientes para sorvetes e laticínios do mundo.Foi Diretor Técnico Internacional da GermantownInternational Limited. Forneceu serviços técnicospara uma vasta gama de empresas de sorvetes elaticínios ao redor do mundo, incluindo

desenvolvimento de produtos, garantias de qualidade, solução de problemas, avaliaçãosensorial e programas educacionais concentrados em companhias específicas. Desenvolveumétodos sofisticados de geração e interpretação de dados objetivos a respeito da estruturade sobremesas geladas, assim como seu comportamento no freezer e durante seuendurecimento, distribuição e derretimento. Concebeu e desenvolveu programas decomputador para o cálculo da quantidade de água congelada em sobremesas geladas emvárias temperaturas, e a aplicação e análise de dados gerados para auxiliar o desenvolvimentode produtos, solução de problemas e avaliação dos efeitos de mudanças em composição.Apresentou numerosos ensaios em encontros técnicos e científicos nos seis continentes.Contribuiu com mais de 150 artigos técnicos para publicações do ramo, incluindo umacoluna técnica sobre sorvetes para a Dairy Foods. Através destas realizações, Bruce obtevereconhecimento internacional de seu conhecimento técnico e consolidou sua reputação depalestrante entusiasmado e talentoso em uma variedade de cursos, seminários, workshops econferências técnicas ao redor do mundo. Hoje, Bruce Tharp tem presença obrigatória emtodo e qualquer evento de porte ligado ao mundo sorveteiro. Há 25 anos é palestrante docurso de sorvetes da Penn State University, ministra cursos nas universidades de Wisconsin,de Maryland, da Califórnia e na Politécnica da Califórnia, em Rudgers, no Utah, etc.Finalmente, é co-organizador e apresentador do curso comercial “Tharp &Young : On IceCream”, junto com o Dr. Steven Young, da Steven Young Worldwide. O Dr. Bruce Tharp épresidente da Tharp’s Food Technology.


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Corn Syrup), para substituir a sacaroseem sorvetes. A sacarose é um dissaca-rídeo, ou seja, sua estrutura químicaconsiste em uma molécula formada pelaligação glicosídica de dois monossaca-rídeos, a f rutose e a glicose (oudextrose). Nestes adoçantes (HFCS),mais de 90% dos sólidos são constituídospor quantidades aproximadamenteiguais de frutose e de dextrose, porém,estes componentes estão presentes comomonossacarídeos individuais. Portanto,um determinado peso de HFCS conterácerca do dobro de moléculas quanto aomesmo peso de açúcar. Disto resulta queo decréscimo do ponto de congelamentopelo uso de HFCS é cerca do dobro queo da sacarose, o que vem a ser umaconsideração importante na seleção dosníveis de HFCS e de outros ingredientessolúveis aplicados na confecção desorvetes.

Efeitos diretos daconcentração porcongelamento

Existem dois fatores fundamentais noconceito de concentração por congela-mento. O primeiro, é a relação entre onúmero de partículas em solução e odecréscimo do ponto de congelamento.O segundo fator, é o fato que a águacristalizada, ou seja, o gelo, não é maiscapaz de agir como um solvente paramateriais dissolvidos. Juntos, esses doisfatores combinam-se para criar umasucessão de eventos repetitivos queinterferem na temperatura de um sistema -como o da mistura para sorvete -, ereduzem o seu ponto de congelamento.Vejamos como funciona.

Assim que as primeiras partículas degelo se formam, as partículas do solutoque estavam dissolvidas naquela águasão excluídas dos cristais de gelo. Elas,então, tornam-se partes da solução quepermanece não congelada, onde suapresença aumenta o número de partículasdissolvidas e, por isso, cria uma reduçãoadicional no ponto de congelamento domaterial ainda não congelado. Como atransferência de calor para fora do mixcongelado continua, a temperatura é

reduzida a um novo ponto de congela-mento. Quanto mais gelo é formado, maisuma vez as partículas excluídas destaporção adicional de gelo migram para aporção não congelada e produzem novasconcentrações e maiores decréscimos noponto de congelamento. Este processocontinua em incrementos infinitos duranteo congelamento normal e armazenamentode sorvetes, por todo o tempo que o calorcontinua a ser removido do sistema e ogelo continua a ser formado.

Da mesma maneira que as moléculasde soluto são excluídas dos cristais degelo, o mesmo ocorre com os compo-nentes suspensos na mistura líquida. Estescomponentes incluem partículas coloidais,como gomas e estabilizantes, oupar tículas suspensas maiores, comoglóbulos de gordura, micelas de caseínae grandes moléculas de carboidratosinsolúveis que são introduzidas atravésde adoçantes de milho (ou de outrasfontes) e agentes de carga ou volume.

O efeito da concentração por congela-mento na composição é mostrado naTabela 1 e demonstrado graficamente naFigura 1. Na Tabela 1, a segunda colunaMix, apresenta a composição da misturanão congelada, enquanto que as duascolunas seguintes representam dois pontosimportantes no manuseio de sorvetes. Acoluna três reflete uma típica temperatura

de saída do congelador, ou seja, -5,6ºC(22ºF), enquanto que a coluna quatroapresenta o efeito em uma temperaturacomum para porcionamento e consumo, -15ºC (5ºF).

Os valores para a composição dolíquido remanescente, chamado aqui desoro, não congelado apresentados naTabela 1 foram derivados, primeiramente,pelo cálculo das quantidades de águacongelada nas temperaturas apropriadas,usando os métodos descritos por Tharp(9). Esses números foram, então, utilizadospara calcular o peso percentual daquantidade de soro não congelado e onível percentual de cada componente.

As duas linhas de dados na seçãoinferior da Tabela 1 tencionam chamaratenção especial para o efeito deconcent ração por congelamento nocomponente estabilizante. Esta seçãomostra o nível de estabilizante na faseaquosa da mistura, não na mistura emsi, como está most rado na seçãosuperior. Este tipo de informação éimportante, porque a funcionalidade dosingredientes estabilizantes está maisrelacionada com sua concentração nafase aquosa do que com o nível globalna mistura total. Como será visto, esteconceito cresce em importância à medidaque aumenta o grau de concentração porcongelamento.

TTTTTABELABELABELABELABELA 1 - EFEITO DA CONCENTRA 1 - EFEITO DA CONCENTRA 1 - EFEITO DA CONCENTRA 1 - EFEITO DA CONCENTRA 1 - EFEITO DA CONCENTRAÇÃO POR CONGELAÇÃO POR CONGELAÇÃO POR CONGELAÇÃO POR CONGELAÇÃO POR CONGELAMENTO NAAMENTO NAAMENTO NAAMENTO NAAMENTO NACOMCOMCOMCOMCOMPOPOPOPOPOSIÇÃO DA PORÇÃO NÃO CONGELSIÇÃO DA PORÇÃO NÃO CONGELSIÇÃO DA PORÇÃO NÃO CONGELSIÇÃO DA PORÇÃO NÃO CONGELSIÇÃO DA PORÇÃO NÃO CONGELADA DE SORVEADA DE SORVEADA DE SORVEADA DE SORVEADA DE SORVETTTTTEEEEE

SorSorSorSorSorvetevetevetevetevete

CCCCCOMOMOMOMOMPOPOPOPOPOSIÇÃOSIÇÃOSIÇÃOSIÇÃOSIÇÃO DEDEDEDEDE SOROSOROSOROSOROSORO NÃONÃONÃONÃONÃO CONGELCONGELCONGELCONGELCONGELADOADOADOADOADO (%) (%) (%) (%) (%)

MMMMMIXIXIXIXIX @ -5.6ºC (22ºF)@ -5.6ºC (22ºF)@ -5.6ºC (22ºF)@ -5.6ºC (22ºF)@ -5.6ºC (22ºF) @ -1@ -1@ -1@ -1@ -15ºC (5ºF)5ºC (5ºF)5ºC (5ºF)5ºC (5ºF)5ºC (5ºF)

Gordura 10,00 14,67 19,79

MSNF* 10,00 14,67 19,79

Sacarose 12,00 17,61 23,75

CSS** (36 DE) 6,00 8,80 11,88

Estabilizante 0,15 0,22 0,30

Sólidos Totais 38,15 55,97 75,51

Lactose (% em água) 8,03 15,26 30,39

Estabilizante em águaEstabilizante em águaEstabilizante em águaEstabilizante em águaEstabilizante em água

Nível (%) 0,24 0,50 1,20

Fator de concentração —- 2,1 X 5,0 X

(*) Milk Solids Not Fat (Sólidos do leite não gordurosos)

(**) Corn syrup solids (Sólidos de xarope de milho)


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A Figura 1 ilustra graficamente osefeitos da concentração por congela-mento. O efeito concentrador do congela-mento sobre os níveis de gordura, dosMSNF, da sacarose e dos CSS no sistemanão congelado é most rado pelamarcação do nível de cada componente,através da faixa de temperatura normalencontrada em sorvetes.

Os dados da Tabela 1 e da Figura 1ilustram claramente o efeito direto daconcentração por congelamento. Noestado líquido, a água atua como umsoluto e como um agente de suspensãopara componentes insolúveis. A água queé convertida em gelo torna-se, de fato, umagente de volume que, por estarsubstituindo a água líquida, concentratodos os componentes não aquosos damistura, como delineado na tabela eilustrado no gráf ico. O efeito dessaconcentração é um aumento direto daviscosidade e, geralmente, uma modifi-cação da reologia1 da porção nãocongelada, fatores que cont ribuemdiretamente com as propriedadesestruturais do sorvete – corpo total,propriedades de porcionamento epercepções de consumo, como cremo-sidade e substância.

Efeitos indiretos daconcentração porcongelamento

Os efeitos indiretos são maiscomplicados que seus impactos diretos etêm uma maior influência nas proprie-dades do sorvete. Em geral, estes efeitosenvolvem modificações no estado físicode todos os componentes do sorvete eafetam sua inf luência em todas ascaracterísticas do sorvete, como descritoa seguir.

Efeitos indiretos envolvendo gordura.Efeitos indiretos envolvendo gordura.Efeitos indiretos envolvendo gordura.Efeitos indiretos envolvendo gordura.Efeitos indiretos envolvendo gordura.As pesquisas de Bolliger e outros (2,3)comprovaram que a aglomeraçãocontrolada de glóbulos de gordura trazuma cont ribuição signif icante àscaracterísticas estruturais do sorvete, tantono congelador como durante o consumo.Em alguns casos, a aglomeração degordura chega ao ponto de formar umamatriz semi-contínua, que contribui paraa manutenção de uma estrutura seca efirma no congelador e em uma melhorretenção de forma quando o sorvetederrete. Também promove a percepçãode cremosidade e riqueza de duasmaneiras. A primeira pelo fato dos gló-bulos de gordura, sendo eles aglomeradosou parcialmente dispersos, contribuemdiretamente para a percepção de umpaladar cremoso. Na segunda maneira,

eles fornecem um efeito indireto propi-ciando maior estabilidade a uma estruturade células de ar muito pequenas, que, porsua vez, contribuem à cremosidade e àsubstância.

A aglomeração ocorre durante oprocesso de congelamento/batimento notambor da sorveteira. A alta agitaçãolaminar aplicada durante o processo criauma inf inidade de colisões ent re osglóbulos de gordura. Quando a naturezadas superfícies dos glóbulos em choquepermite, algumas colisões resultam naadesão de glóbulos, uns aos outros,formando os aglomerados. A amplitudeda aglomeração e o tamanho e funciona-lidade da estrutura aglomerada estãorelacionadas com a natureza da superfíciedos glóbulos de gordura e o número decolisões que ocorre.

À medida que aumenta a concen-tração de glóbulos de gordura na partelíquida não congelada, a maior proximi-dade dos glóbulos uns dos outros, resultaem um número maior de colisões e,portanto, em um grau mais elevado deaglomeração. Esta é a explicação primá-ria para o fato de que a taxa deaglomeração torna-se maior em baixastemperaturas no congelador. Também é,aparentemente, responsável pela taxa deaglomeração relativamente baixa queocorre quando a mistura de sorvete porsi é agitada e que, sem os efeitos daconcent ração por congelamento, aaglomeração é limitada pelo relativa-mente baixo número de colisões entre osglóbulos.

Efeitos indiretos envolvendo proteína.Efeitos indiretos envolvendo proteína.Efeitos indiretos envolvendo proteína.Efeitos indiretos envolvendo proteína.Efeitos indiretos envolvendo proteína.A estabilidade do sistema protéico do leiteé mantida por um delicado equilíbrio defatores. Alguns desses, como o equilíbriode sal e inf luências do pH, sãorelacionados à concentração. Como aconcentração por congelamento aumentaos níveis de íons envolvidos no pH e nopróprio balanço de sal, qualquer instabi-lidade é ampliada. O resultado pode seruma desestabilização do sistema pro-téico, que pode ter somente uma ou todauma variedade de efeitos, positivos enegativos. Os efeitos positivos incluem:influências na imobilização da água, quepode acentuar o controle dos cristais degelo; aumento da viscosidade, que

1A reologia é o ramo da mecânica dos fluidos que estuda aspropriedades físicas que influenciam o transporte de quantidade demovimento em um fluido. A viscosidade é a propriedade reológicamais conhecida e a única que caracteriza os fluidos newtonianos.


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aumenta a percepção de corpo; e forma-ção de géis de proteína desestabilizada,o que contribui para estrutura. Os efeitosnegativos envolvem primariamente:modificação do papel importante daproteína na aglomeração de gordura;perda da cont ribuição da proteínaparcialmente desestabilizada para aestrutura do sorvete; e, mais visível, aliberação de soro, que pode ocorrer tantono sorvete derretido ou, sob cer tasinfluências como baixo endurecimento, naprópria embalagem de sorvete.

Efei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoaçúcares.açúcares.açúcares.açúcares.açúcares. A solubilidade limitada dealguns dos açúcares presentes no sorvete,par ticularmente a lactose, os tornambastante sensíveis aos efeitos daconcentração por congelamento. Atéhoje, não foi publicado nenhuma pesquisacom resultados relevantes quanto àlimitação da solubilidade dos váriosaçúcares em temperaturas abaixo doponto de congelamento. Entretanto,algumas idéias das diferenças emsolubilidade podem ser obtidas obser-vando os dados para solubilidade emtemperaturas acima do ponto de congela-mento; esses dados são apresentados naFigura 2.

A reconhecida baixa solubilidade daa-lactose, a menos solúvel das duas formasisoméricas de lactose, é apresentada

claramente na Figura 2. No ponto decongelamento da água, 0ºC (32ºF), asolubilidade máxima da a-lactose é menosde 5%, comparada aos cerca de 36% daglicose (um importante componente deadoçantes de milho de alta frutose) e aosmais de 60% da sacarose. Os dados paraglicose e sacarose foram relatados porBelitz e Grosh, para lactose, e por Jennesse Patton.

A cristalização da lactose não é umaquestão simples, particularmente em umsistema complexo como o de sorvetes.Hipoteticamente, quando a concentraçãode um soluto excede o limite de solubili-dade em uma dada temperatura, ocorreráuma cristalização espontânea. Naprática, porém, o nível de lactose podeatingir um ponto bem acima do limitenominal de solubilidade, sem o desenvol-vimento de cristalização. Quando issoocorre, diz-se que a solução está emestado de supersaturação ou supersolubi-lidade. Nesta condição, a cristalizaçãopode não ocorrer por um período detempo considerável. Como indicado naFigura 2, o limite de solubilidade paralactose aumenta com a temperatura. Omesmo é válido para o grau de superso-lubilidade. Foi relatado por Holsinger (7),que a supersolubilidade da lactose a umadada temperatura é equivalente ao valormáximo de solubilidade por uma

temperatura de cerca de 30ºC (54ºF) maiselevada.

Alem disto, o ponto no qual ocorreráa cristalização dependerá também dasinfluências de outros fatores, tais como otipo e nível de outros materiais em soluçãoe suspensão. Como resultado, não épossível prever com alguma precisão ascondições sob as quais a cristalizaçãoda lactose ocorrerá como um resultadoda concentração por congelamento, emdada situação qualquer. Apesar disso, érazoável extrair-se algumas conclusõesgerais.

A curva para o limite de solubilidadeda lactose é relativamente achatada,quando a temperatura passa abaixo doponto de congelamento. Por tanto, éaparentemente razoável assumir que osdados de solubilidade para a lactoseacima do congelamento podem serextrapolados para estimar os efeitosabaixo do ponto de congelamento. Talconjetura é a base para as curvas dográfico da Figura 3, as quais promovemuma base para a avaliação dos fatoresde solubilidade relacionados àcristalização da lactose.

O gráfico da Figura 3 mostra a curvade limite de solubilidade da lactose e umasegunda curva representando uma faixade supersaturação relatada por Jenness ePatton. Ambas as curvas são ampliadas

A solubilidadelimitada de alguns

dos açúcarespresentes no sorvete,os tornam bastantesensíveis aos efeitosda concentração por

congelamento.


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por linhas pontilhadas para mostrar aextrapolação dos dados abaixo doponto de congelamento. Uma terceiracurva mostra o efeito da concentraçãopor congelamento sobre o nível de lactosena água do soro não congelado noreferido sorvete.

Nota-se que inicialmente no processode congelamento/batimento, em umatemperatura em torno de -2,7ºC (27,1ºF),a concent ração por congelamentocompreende o nível de lactose na faixa desupersaturação. O nível excede à faixade supersaturação em uma temperaturade cerca de -6ºC (21,2ºF). De qualquerforma, a cristalização da lactose naquelatemperatura dependerá de uma gama defatores, particularmente da influência deoutros materiais em solução, comoadoçantes, por exemplo. Porém, mesmoconsiderando a possibilidade de inexa-tidão na extrapolação dos dados desolubilidade acima do ponto de congela-mento, parece claro que a composiçãotípica do sorvete usada como referêncianesta análise excede a faixa de supersa-turação, enquanto ainda está no tambordo congelador, ou logo após. Assim,parece lógico esperar que ao tempo queo sorvete alcance sua temperatura deendurecimento, a concentração porcongelamento terá levado o nível delactose para um ponto onde acristalização está iminente, ou já tenhaocorrido. Assim, parece claro afirmar,

que o objetivo de se cont rolar odesenvolvimento de granulosidade estámais relacionado no controle de tamanhodos cristais de lactose do que na própriaprevenção da cristalização.

Efei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoEfei tos indiretos envolvendoestabil izantes.estabil izantes.estabil izantes.estabil izantes.estabil izantes. Um dos efeitos maisevidentes da presença de ingredientesestabilizantes em um mix para sorvete é ainfluência destes materiais na viscosidadeda mistura. Entretanto, a funcionalidadeprimária dos estabilizantes estádiretamente envolvida com o seucomportamento ou resposta ao fenômenode concentração por congelamento.Como mencionado na explanação daTabela 1, a funcionalidade de estabili-zantes é melhor avaliada considerandoseu nível na água não congelada, e nãono mix em si.

O nível do estabilizante na água nãocongelada da mistura de referência naTabela 1, antes do congelamento, é decerca de 0,25%. O que é relativamentebaixo em termos de sua contribuição paraa viscosidade da mistura. Naquele nível,quase todos os ingredientes usualmenteutilizados como estabilizantes teriamefeitos similares na viscosidade. Como aconcentração por congelamento aumentao nível de estabilizante na porção nãocongelada – por um fator de cerca de 5vezes em uma temperatura de -15ºC (5ºF)– sua influência nas propriedades chavesdo sorvete, relacionadas com a mobilidade

da água, começam a aumentar. Estesefeitos podem ser avaliados pela mediçãoda viscosidade da porção não congeladade acordo com o progresso daconcentração por congelamento.

Tal avaliação foi relatada por Goff eoutros e a Figura 4 mostra os dados desteestudo. O gráfico aponta os efeitos daconcentração por congelamento em trêssorvetes com vários níveis de estabilizante(goma guar), 0%, 0,10% e 0,20%. Acomposição básica de sorvete usada foia mesma daquela apresentada na Tabela1. Para estudar o efeito da concentraçãopor congelamento, os sistemas forampreparados para representarem acomposição da porção não congeladaque seriam produzidos pela conversão daágua líquida em gelo. O conjunto inferiorde dados no gráfico mostra que o efeitoda concentração por congelamento naviscosidade de misturas não estabilizadasproduz uma linha relativamente reta.Todavia, na presença de goma guarocorre um desvio acentuado da curva deviscosidade uma vez que a concentraçãopor congelamento resulta na remoção de20 a 30 g de água por 100 g. Estefenômeno, ou seja, uma mudança marcantena inclinação da curva representando aviscosidade associada com o aumento daconcentração por congelamento, foiobservada em todos os níveis de gomaguar estudados. Também foi observado emtrabalhos correlatos envolvendo gomaalfarroba (LBG). O fenômeno é reportadocomo ponto de ruptura (breakpoint). O graude concentração que produz este pontode ruptura aumenta com o nível deestabilizante, como pode ser visto na Figura4. Um dos achados mais importantes desteestudo foi a existência de uma correlaçãoútil entre o ponto de ruptura da viscosidadenormalizado dos sistemas estudados e ataxa de recristalização do gelo.

Um out ro aspecto do efeito daconcent ração por congelamento nafuncionalidade do estabilizante éfornecido por um estudo mais antigo, denatureza similar, realizada pelo grupo deGoff na Universit y of Guelph. Nestapesquisa, foi estudada a viscosidade desistemas representando as porções nãocongeladas de sorvetes com e semestabilizante. Os resultados são mostrados


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na Figura 5. O eixo X do gráfico indica aágua percentual removida como gelo.Portanto, a viscosidade é plotada paracada mistura, em vários níveis deconcentração por congelamento. A linhaparalela abaixo do eixo X indica atemperatura correspondente para cadaincremento de remoção de água. Por

exemplo, observando o ponto no qual umalinha vertical a partir de -7ºC (19,4ºF)intersecciona o eixo X, nota-se que poucomais de 60% da água nesta mistura seriaremovida (ou seja, congelada) naquelatemperatura.

A observação dos dados da Figura 5fornece uma perspectiva útil do efeito da

concent ração por congelamento noestabilizante. Nota-se que em tempera-turas logo abaixo da temperatura decongelamento, onde ocorreu poucaconcentração por congelamento, ascurvas para as porções não congeladasdos sor vetes estabilizados e nãoestabilizados, são bem difíceis de serdistinguidas umas da out ras. Is toconsubstancia a visão que os ingredientesestabilizantes têm relativamente poucainfluência nas características reológicasda porção não congelada da mistura. Ainterpretação prática destes dados, parasistemas representando quantidadescrescentes de água congelada, demonstraclaramente que a influência da concen-tração por congelamento é a responsávelpelas principais diferenças de viscosidadeentre os produtos estabilizados e nãoestabilizados.

Diferenças similares podem serdemonstradas em sistemas utilizandomateriais estabilizantes diferentes. Embaixas concentrações, não existe virtual-mente nenhuma diferença no compor-tamento reológico. Entretanto, em altosníveis, que seriam produzidos pelaconcentração por congelamento, pode-se observar uma variação significante nareologia, a qual é associada com efeitosvariáveis nas propriedades do sorvete.Tais observações confirmam a validadede que toda pesquisa nos efeitos variáveisde ingredientes estabilizantes envolveriaconcentrações que representam seu nívelna porção não congelada do sorvete nastemperaturas de interesse, e não nopróprio mix em si.

Na Figura 5, que mostra os dados dapesquisa conduzida antes do conceito deponto de ruptura haver sido identificado eestudado, pode-se observar um indício desteconceito, que é indicado em um pontorepresentando a concentração porcongelamento na temperatura de cerca de -7ºC (19,4ºF). Neste ponto, ocorre um nítidoaumento na ascendência da curva deviscosidade representando a misturaestabilizada. Já na curva da mistura nãoestabilizada, não existe nenhuma ocorrênciadeste tipo, digna de ser notada. Esseselementos, visíveis nos dados, são totalmenteconsistentes com as mais recentes pesquisassobre o ponto de ruptura.


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Os resultados das pesquisas mencio-nadas, em conjunto com observaçõesempíricas, demonstram claramente que aconcentração por congelamento dosistema estabilizante contribui para a suafunção de fornecer proteção contra odesenvolvimento de uma textura maisgrosseira, granulosa, resultante docrescimento de cristais de gelo. Essemecanismo de proteção é ilustrado naFigura 6. Nos níveis relativamente baixosde estabilizante na água que sãoencontrados acima do ponto de ruptura,as partículas de estabilizante movem-se

mais ou menos livremente, com pequenocontato entre elas, conforme indicado naseção A. Neste estágio, a influência doestabilizante na viscosidade é mais oumenos associada ao efeito das partículasindividuais. À medida que a concentraçãopor congelamento remove a água dosistema não congelado, as partículas deestabilizante são empurradas para umvolume menor de água, decorrendo emuma distância menor entre elas, o que seidentifica nas seções B e C da Figura 6.Quando isto ocorre, a interação diretaentre as partículas inicia a formação de

CALOR, CALOR LATENTE, CALOR SENSÍVELE CALOR ESPECÍFICO

O calorcalorcalorcalorcalor (abreviado por Q) é a energia térmicaenergia térmicaenergia térmicaenergia térmicaenergia térmica transferida entre dois corpos que estão atemperaturas diferentes. Logo, não há sentido em dizer que um corpo tem mais calor que outro.O calor é uma energia que se transfere de um sistema para outro, sem transporte de massa, eque não corresponde à execução de um trabalho mecânico. A unidade do Sistema Internacional(SI) para o calor é o joule (J). Todo corpo tem uma certa quantidade de energia interna que estárelacionada ao movimento aleatório de seus átomos ou moléculas. Esta energia interna édiretamente proporcional à temperatura do objeto. Quando dois corpos ou fluidos em diferentestemperaturas entram em interação (por contato, ou radiação), eles trocam energia interna até atemperatura ser equalizada. A quantidade de energia transferida é a quantidade de calortrocado, se o sistema for isolado de outras formas de transferência de energia. Termodinamicamentefalando, o calor não é uma função de estado, mas depende do caminho, no espaço de estados,que descreve o sistema em uma evolução quase-estática ou reversível (no sentido termodinâmico)de um estado inicial A até um estado final B.

Calor latenteCalor latenteCalor latenteCalor latenteCalor latente é a quantidade de calor que a substância troca por grama de massa durantea mudança de estado físico. Representado pela letra L, é medido em caloria por grama (cal/g).Para calcular o calor latente é necessário utilizar a seguinte expressão:

L = Q / m L = Q / m L = Q / m L = Q / m L = Q / m � Q = m . LQ = m . LQ = m . LQ = m . LQ = m . L (onde LLLLL é o calor latente em cal/g, QQQQQ é a quantidade de calorrecebida ou cedida pelo corpo em cal e mmmmm e a massa do corpo em g).

Calor sensívelCalor sensívelCalor sensívelCalor sensívelCalor sensível é aquele que provoca variação da temperatura. A capacidade térmica, queé uma característica do corpo, corresponde à quantidade de calor (recebida ou cedida) que levaa uma variação de 1°C na temperatura do corpo. É dada pela relação da quantidade de calorrecebida por um corpo e a variação de temperatura sofrida pelo mesmo. É representada pelaletra CCCCC e é medida em calorias por grau Celsius (cal/°C) ou calorias por Kelvin (cal/K).

C = Q / C = Q / C = Q / C = Q / C = Q / )ttttt (Onde CCCCC é a Capacidade térmica, QQQQQ é a quantidade de calor recebida oucedida pelo corpo e )ttttt é a variação de temperatura sofrida pelo corpo).

A quantidade de calor sensível (QQQQQ) que um corpo de massa m recebe é diretamenteproporcional ao seu aumento de temperatura. Logo, podemos calcular a quantidade de calorsensível usando a seguinte fórmula: Q = C . Q = C . Q = C . Q = C . Q = C . )ttttt.

Calor específicoCalor específicoCalor específicoCalor específicoCalor específico , ao contrário da capacidade térmica, não é característica do corpo, massim característica da substância. Corresponde à quantidade de calor recebida ou cedida por 1gda substância que leva a uma variação de 1°C na temperatura do corpo em questão. É dadopela relação da capacidade térmica do corpo pela sua massa. É representado pela letra ccccc(minúscula) e é medido em cal/g . °C ou cal/g . K.

c = C / mc = C / mc = C / mc = C / mc = C / m (Onde ccccc é o calor específico, CCCCC é a capacidade térmica e mmmmm é a massa).

uma est rutura matricial, cuja forçaaumenta conforme o progresso daconcentração por congelamento, o que éilustrado pela diferença na proximidaderelativa das partículas de estabilizanteentre as seções B e C.

Empiricamente, é bem reconhecidoque nem todos os materiais estabilizantesrespondem a concentração por congela-mento na mesma forma. Os sistemasdiferem no grau de proteção por choquetérmico que fornecem e na contribuiçãoàs propriedades gustativas. Existempesquisas científicas em curso visando


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esclarecer os elementos específicosdestas diferenças. Um bom exemplo deesclarecimento é fornecido pelo trabalhode Gof f e outros, que estudaram osefeitos da concentração por congela-mento em sistemas modelo contendodiversos componentes de mistura parasorvete e goma alfarroba ou goma guar.A pesquisa consistiu em um processopermitindo dar visibilidade microscópicaas gomas, utilizando-se cont rastef luorescente, incorporando aquelesmateriais em vários sistemas e, então,examinando microscopicamente ossistemas com microscópio, enquantocongelados e depois de descongelados.Ent re out ras coisas, a pesquisaesclareceu as conhecidas característicascriogênicas da goma alfarroba. Sob ainfluência da concentração por congela-mento, foram notadas as formações decélulas ou câmaras nos sistemascontendo a goma alfarroba. A identidadedestas células manteve-se mesmo após odescongelamento dos sistemas,demonstrando que a interação entre aspartículas da goma alfarroba ocorridacomo resultado da concentração porcongelamento era irreversível. É fácilvisualizar que, durante as fases dechoque térmico, é mais provavel que ogelo que se fundiu naquelas célulasdurante o aquecimento se recristaliza nasmesmas quando a temperatura volta aser reduzida, en vez de migrar e resfriar-

se em outros cristais de gelo existentes, oque implicaria no aumento de tamanhodos cris tais, cont ribuindo assim àaspereza da textura.

A ausência de tais estruturas emsistemas usando a goma guar é consis-tente com o reconhecimento geral dasuperioridade da goma alfarroba empromover um melhor controle no cresci-mento de cristal de gelo e, desta forma,contribuir no aumento do shelf life datextura, em comparação com a gomaguar.

Parece então claro, em função dosestudos comentados no corpo do presenteartigo que, devido ao efeito de concen-tração por congelamento, o envolvimentodos sistemas estabilizantes em afetarimportantes propriedades do sorvete émais significativo em temperaturas abaixodaquelas normalmente envolvidas noprocesso de congelamento/batimento. Talinterpretação reforça o conceito que afuncionalidade de estabilizantes é maisrelevante para a proteção da qualidadede textura após o congelamento, ou seja,durante o armazenamento e adistribuição.

ConclusãoA concentração por congelamento

tem se mostrado como um fenômenoextremamente importante, que afeta ocomportamento e as propriedades do

sorvete, desde o ponto onde se inicia ocongelamento até o momento de seuconsumo final. Um bom entendimento dosefeitos da concentração por congela-mento é, conseqentemente, um elementofundamental no controle das caracterís-ticas e qualidade dos sorvetes.

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