tecnologia do processamento de alimentos (capítulo 1)

Parte I

PRINCÍPIOS BÁSICOS

1Propriedades dos alimentos e

teoria do processamento

1.1 PROPRIEDADES DE LÍQUIDOS,SÓLIDOS E GASES

Os líquidos, os gases e alguns sólidos (p.ex., pós e materiais particulados) são denomina-dos “fluidos” e podem fluir sem se desintegra-rem quando uma pressão é aplicada sobre eles.Em contraste, sólidos deformam-se quando umapressão é aplicada sobre eles (Seção 1.1.4). Nes-ta seção, serão descritas as propriedades de flui-dos e sólidos relevantes tanto para o projeto deprocessos alimentícios quanto para a qualidadedos alimentos processados. Tratamentos mate-máticos mais aprofundados e derivações de fór-mulas utilizadas nos cálculos de engenharia dealimentos são fornecidos em diversos textos, in-cluindo Toledo (1999), Lewis (1990), Brennan ecolaboradores (1990) e Earle (1983).

A transição de sólido para líquido e vice-versa é conhecida como transição de fase e é im-portante em muitos tipos de processamento dealimentos (p. ex., água em vapor d’água na eva-poração e destilação [Capítulo 13] e desidrata-ção [Capítulo 15], água em gelo no congelamento[Capítulo 21] e liofilização ou concentração pelofrio [Capítulo 22] ou cristalização de gorduras[Capítulo 23]). O fenômeno ocorre isotermi-camente e na temperatura de transição de fasepela liberação ou absorção de calor latente, po-dendo ser representado por um diagrama de fa-ses (p. ex., Capítulo 22, Figura 22.1).

Um segundo tipo de transição, conhecidacomo transição vítrea, ocorre sem liberação ouabsorção de calor latente e envolve a transiçãode um alimento para um estado vítreo amorfo

em sua temperatura de transição vítrea. O pro-cesso depende do tempo, da temperatura e doteor de umidade do alimento. Exemplos de tem-peraturas de transição vítrea são dados no Capí-tulo 21 (Tabela 21.2). Quando os materiais mu-dam para a forma vítrea, eles não se tornam cris-talinos, mas mantêm a desorganização do esta-do líquido. No entanto, suas propriedades físi-cas, mecânicas, elétricas e térmicas modificam-se enquanto eles passam pela transição. No esta-do vítreo, os alimentos tornam-se mais estáveis,pois os compostos envolvidos nas reações quími-cas que produzem a deterioração são imobiliza-dos e requerem períodos mais longos de tempopara se difundirem através do material para rea-girem. Detalhes de nove conceitos fundamentaisque destacam a relação entre a mobilidademolecular e a estabilidade do alimento são ex-plicados por Fennema (1996). Processos que sãosignificativamente influenciados pela transição aum estado vítreo incluem retenção de aromas,cristalização, atividade enzimática, atividademicrobiana, escurecimento não-enzimático, oxi-dação, aglomeração e aglutinação. A relação en-tre a transição vítrea e a atividade da água (Se-ção 1.5) e os fatores que afetam essa transiçãosão descritos em detalhes por Rahman (1999),Blanshard (1995) e Fennema (1996).

1.1.1 Densidade e peso específico

É importante conhecer a densidade dosalimentos nos processos de separação (Capítu-lo 6), pois diferenças na densidade podem ter

26 P. J. FELLOWS

efeitos importantes na operação de redução detamanho e em equipamentos de mistura (Capí-tulos 4 e 5). A densidade do material é igual asua massa dividida por seu volume, e sua uni-dade é kg m-3. Exemplos de densidade de ali-mentos sólidos e de outros materiais utilizadosno processamento de alimentos são mostradosna Tabela 1.1 (veja também Capítulo 15, Tabe-

la 15.7), e exemplos de densidades de líquidossão mostrados na Tabela 1.2. A densidade dosmateriais não é constante e altera-se com a tem-peratura (temperaturas mais elevadas reduzema densidade dos materiais) e com a pressão. Issoé particularmente importante para fluidos, nosquais diferenças na densidade causam corren-tes de convecção (Seção 1.4.3).

TABELA 1.1 Densidade de alimentos e outros materiais

DensidadeDensidade a granel Temperatura

Material (kg m–3) (kg m–3) (oC)

SólidosAlumínio 2.640 – 0Cobre 8.900 – 0Aço inoxidável 7.950 – 20Concreto 2.000 – 20

Uvas 1.067 368 –Tomates – 672 –Limões / laranjas – 768 –Frutas frescas 865-1.067 – –Frutas congeladas 625-801 – –Peixe fresco 967 – –Peixe congelado 1.056 – –Água (0o

C) 1.000 – 0Gelo (0o C) 916 – 0Gelo (-10o C) 933 – -10Gelo (-20o C) 948 – -20Gordura 900-950 – 20Sal 2.160 960 –Açúcar (granulado) 1.590 800 –Açúcar (pó) – 480 –Amido 1.500 – –Trigo 1.490-1.430 790-819Farinha de trigo – 480 –Cevada 1.374-1.415 564-650 –Aveia 1.350-1.378 358-511 –Arroz 1.358-1.386 561-591 –

Gases –Ar 1,29 – 0Ar 0,94 – 100Gás carbônico 1,98 – 0Gás carbônico 1,46 – 100Nitrogênio 1,30 – 0

Adaptada de dados de Earle (1983), Lewis (1990), Milson e Kirk (1980), Peleg (1983) e Moshenim (1970).

TECNOLOGIA DO PROCESSAMENTO DE ALIMENTOS 27

A densidade de líquidos é uma medidadireta da relação massa/volume sob uma tem-peratura determinada, porém para sólidosparticulados e pós existem duas formas de den-sidade: a densidade dos pedaços individuais ea densidade do conjunto do material, que tam-bém inclui espaços de ar entre os pedaços. Estaúltima medida é denominada densidade a gra-nel e é a massa de sólidos dividida pelo volu-me bruto. A fração do volume que é ocupadapelo ar é chamada de porosidade (∈) e é calcu-lada por:

∈ = Va / Vb

onde Va = volume do ar (m3) e Vb = volumebruto (m3).

A densidade a granel do material depen-de da densidade do sólido e da geometria, dotamanho e das propriedades superficiais daspartículas individuais. Alguns exemplos dessadensidade para alguns alimentos são mostra-dos na Tabela 1.1 e ela é discutida em relaçãoa pós secos por spray drying no Capítulo 15.

A densidade dos líquidos pode ser expres-sa como gravidade específica, um númeroadimensional (Apêndice D), que é encontradopela divisão da massa (ou densidade) de umlíquido pela massa (ou densidade) de um volu-me igual de água pura na mesma temperatura:

SG = massa de líquido/massa de água

SG = densidade de líquido/densidade da água

Se a gravidade específica de um líquido éconhecida em uma temperatura particular, suadensidade pode ser encontrada usando:

ρ L = (SG)T . ρ W

onde ρ L = densidade líquida (kg m-3 ) e ρ W =

densidade da água, à temperatura T (oC).A gravidade específica é muito utilizada no

lugar da densidade na produção de cerveja e emoutras fermentações alcoólicas (Capítulo 7), emque o termo “gravidade original” (GO) é utiliza-do para designar a gravidade específica do líqui-

TABELA 1.2 Propriedades de fluidos

Condutividade Calor Viscosidadetérmica específico Densidade dinâmica Temperatura

(W m-1 oK-1) (kJ kg-1 °K-1) (kg m-3) (N s m-2) (oC)

Ar 0,024 1,005 1,29 1,73 x 10-5 00,031 1,005 0,94 2,21 x 10-5 100

Gás carbônico 0,015 0,80 1,98 0Oxigênio 0,92 1,48 x 10-3 20Nitrogênio 0,024 1,05 1,30 0Refrigerante 12 0,0083 0,92Água 0,57 4,21 1.000 1,79 x 10-3 0

0,68 4,21 958 0,28 x 10-3 100Solução de sacarose (60%) 6,02 x 10-2 20Solução de sacarose (20%) 0,54 3,8 1.070 1,92 x 10-3 20Solução de cloreto de sódio (22%) 0,54 3,4 1.240 2,7 x 10-3 2Ácido acético 0,17 2,2 1.050 1,2 x 10-3 20Etanol 0,18 2,3 790 1,2 x 10-3 20Óleo de colza 900 1,18 x 10-1 20Óleo de milho 1,73 20Azeite de oliva 0,168 8,4 x 10-2 29Óleo de girassol 1,93 20Leite integral 0,56 3,9 1.030 2,12 x 10-3 20

2,8 x 10-3 10Leite desnatado 1.040 1,4 x 10-3 25Creme de leite (20% gordura) 1.010 6,2 x 10-3 3Goma guar (solução de 1%) 1,5 x 10-2

Goma xantana (solução de 1%) 1.000

De Earle (1983), Lewis (1987) e Peleg e Bagley (1983).

1.1

1.3

1.2

1.4

28 P. J. FELLOWS

do antes da fermentação (p. ex., “1.072” ou “72”referem-se à gravidade específica de 1,072).

A densidade dos gases depende de suapressão e temperatura (Tabela 1.1). A pressãoé geralmente expressa como pressão gauge,quando é acima da pressão atmosférica, oucomo vácuo gauge, quando é abaixo da pres-são atmosférica. A pressão é calculada utilizan-do a equação dos gases ideais:

PV = nRT

onde P = pressão absoluta (Pa), V = volume(m3), n = número de móis de gás (kmole), R= constante dos gases (8.314 (N[m]/[kmoleK]) e T = temperatura (K).

Essa equação é útil para calcular transfe-rências gasosas em aplicações como armaze-nagem ou embalagem em atmosfera modifica-da (Capítulo 20), congelamento criogênico(Capítulo 21) e permeabilidade de materiaisde embalagem (Capítulo 24).

1.5

Problema-exemplo 1.1

Calcule a quantidade de oxigênio que entra através de um filme de embalagem de polietileno em 24 horas,se, o pacote possui uma área superficial de 750 cm2 e uma permeabilidade ao oxigênio de 120 mL m-2 por 24horas a 23°C e umidade relativa de 85% (veja Capítulo 24, Tabela 24.2).

Solução do Problema-exemplo 1.1O volume de oxigênio entrando através do polietileno:

Utilizando a Equação 1.5

n = 9,0 x 1.000 / (8.314 x 273)

= 0,00396 kmole

V = 120 x 750

100 2

= 9,0 cm3

A densidade de gases e vapores é tam-bém referida como volume específico, que é ovolume ocupado por uma unidade de massado vapor ou gás e é o inverso da densidade.Esse valor é utilizado, por exemplo, no cálculoda quantidade de vapor que deve ser empre-gada pelos ventiladores durante a desidrata-ção (Capítulo 15) ou por bombas de vácuo

durante a liofilização (Capítulo 22) ou evapo-ração a vácuo (Capítulo 13). Mais detalhes sãodados por Lewis (1990) e Toledo (1999). Quan-do ar é incorporado em líquidos (p. ex., mas-sas para bolo, sorvete, merengue), forma-seuma espuma e a densidade é reduzida. A quan-tidade de ar incorporada é denominada over-run e é descrita no Capítulo 4 (Seção 4.2.3).

Valores típicos de over-run são 60 a 100% para sorvetes e 100 a 120% para creme batido.

volume de espuma – volume de líquidovolume de líquido

x 100over-run =


1.1.2 Viscosidade

A viscosidade é uma característica impor-tante para alimentos líquidos em diversas áreasdo processamento de alimentos. Por exemplo,a sensação bucal de produtos como ketchup,creme de leite, xaropes e iogurte depende desua consistência ou viscosidade.1 A viscosida-de de muitos líquidos altera-se durante o aque-cimento, o resfriamento, a concentração, etc.,e isso tem efeitos importantes, por exemplo,na força necessária para bombear esses produ-tos. A viscosidade de alguns fluidos comuns émostrada na Tabela 1.2.

A viscosidade pode ser considerada a re-sistência interna do líquido ao fluxo. Um líqui-do pode ser visto como tendo uma série de ca-madas e, quando flui sobre uma superfície, acamada superior flui mais rapidamente e ar-rasta junto a seguinte em uma velocidade umpouco mais baixa, e assim por diante, ao longode todas as camadas, até a última, junto à su-perfície, que permanece estacionária. A forçaque move o líquido é conhecida como força outensão de cisalhamento; e o gradiente de velo-cidade, como taxa de cisalhamento. Em umgráfico da tensão de cisalhamento em relaçãoà taxa de cisalhamento, a maioria dos líquidossimples e dos gases mostra uma relação linear(linha A na Figura 1.1) e são denominados flui-dos newtonianos. Exemplos incluem a água, amaioria dos óleos, gases e soluções simples deaçúcares e sais. Quando a relação não é linear(linhas B-E, na Figura 1.1), os fluidos são de-nominados não-newtonianos. Mais detalhes sãofornecidos por Nedderman (1997). Para todosos líquidos, a viscosidade decresce com o au-mento da temperatura, porém, para a maioriados gases, ela aumenta com a temperatura(Lewis, 1990).

Muitos líquidos são não-newtonianos, in-cluindo emulsões, suspensões e soluções con-centradas que contêm amidos, pectinas, gomas

e proteínas. Esses líquidos freqüentemente apre-sentam propriedades newtonianas em baixasconcentrações, mas, à medida que a concentra-ção da solução aumenta, a viscosidade aumen-ta rapidamente, e ocorre uma transição parapropriedades não-newtonianas (Rielly, 1997).Fluidos não-newtonianos podem ser classifica-dos, de forma genérica, nos seguintes tipos:

• Fluidos pseudoplásticos (linha B, na Fi-gura 1.1): a viscosidade decresce como aumento da taxa de cisalhamento (p.ex., emulsões e suspensões tais comosucos de frutas concentrados e purês).

• Fluidos dilatantes (linha C, na Figura1.1): a viscosidade aumenta com ataxa de cisalhamento (esse comporta-mento é menos comum mas é encon-trado no chocolate líquido e em sus-pensões de farinha de milho).

• Fluidos plásticos de Bingham ouCasson (linhas D e E, na Figura 1.1):não existe fluxo até que uma certa ten-são de cisalhamento seja atingida, en-tão a taxa de cisalhamento é linear(tipo Bingham) ou não-linear (tipoCasson) (p. ex., ketchup).

• Fluidos tixotrópicos: a estrutura que-bra-se e a viscosidade diminui comuma tensão de cisalhamento contínua(a maioria dos cremes).

• Fluido reopéctico: a estrutura se for-talece e a viscosidade aumenta comuma tensão de cisalhamento contínua(p. ex., creme batido).

• Material viscoelástico: exibe proprie-dades viscosas e elásticas ao mesmotempo. Quando a tensão de cisalha-mento é removida, o material nuncaretorna integralmente à forma origi-nal, e ocorrendo uma deformação per-manente (p. ex., massa de pão, quei-jo, géis).

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A medida da viscosidade é complexa pelavariedade de termos utilizados para descrevê-la. A mais simples é a relação entre tensão decisalhamento e taxa de cisalhamento, que édenominada viscosidade dinâmica (kg m–1 s-1).Ela está relacionada a um outro termo, visco-sidade cinemática (m2 s-1) da seguinte forma:

viscosidade cinemática =

Outros termos, incluindo viscosidade re-lativa, viscosidade específica e viscosidade apa-rente, junto com descrições de métodos de me-dição da viscosidade, são apresentados porLewis (1990) e Toledo (1999).

1.1.3 Atividade superficial

Uma grande quantidade de alimentos éformada por dois ou mais componentes imiscí-

veis, que possuem uma camada limite entre asduas fases (Tabela 1.3). Essas fases são conhe-cidas como fase dispersa (que contém peque-nas gotículas ou partículas) e fase contínua(aquela na qual as gotículas ou partículas es-tão dispersas). Detalhes da preparação deemulsões são fornecidos no Capítulo 4.

Uma característica desses sistemas é agrande área superficial da fase dispersa queestá em contato com a fase contínua. Para au-mentar a área superficial, é necessário intro-duzir uma quantidade considerável de ener-gia no sistema, utilizando, por exemplo, ummisturador de alta velocidade ou um homoge-neizador. Quando se criam novas superfícies,formam-se gotículas. Para entender o porquêdisso, é necessário conhecer as forças atuandonos líquidos: dentro da massa de um líquidoas forças que atuam em cada molécula indivi-dualmente são iguais em todas as direções epodem anular-se. No entanto, na superfície, aatração líquida é na direção da massa do lí-quido, e, como resultado, as moléculas da

FIGURA 1.1 Mudanças na viscosidade de fluidos newtonianos (A) e diferentes tipos de fuidos não-newtonianos; (B) fluido pseudoplástico; (C) fluido dilatante; (D) fluido plástico tipo Bingham e (E) fluidoplástico tipo Casson. (De Lewis, 1990.)

Tensão de cisalhamento

Taxa de cisalhamento

AB

C

D

E

1.6

viscosidade dinâmicadensidade


TABELA 1.3 Exemplos de sistemas de alimentos coloidais

Fase Fasedispersa contínua Nome Exemplo

Líquida Gás Neblina, névoa, aerossol Sprays (p. ex. secagem por spray)Sólida Gás Fumaça, aerossol Névoa de gás carbônico, fumaçaGás Líquida Espuma Creme batido, aeração de meio de fermentação, hidrogena-

ção de óleos (hidrogênio em óleos)Líquida Líquida Emulsão Creme, maionese, margarina, molho para saladas, salsichas

e bolosSólida Líquida Solução, solução coloidal, gel Achocolatados, suco de frutasGás Sólida Espuma sólida Merengue, sorvete

De Lewis (1990).

superfície são “puxadas para dentro” e estãoem estado de tensão (produzida pelas forçasde tensão superficial). Isso faz com que asgotículas líquidas se transformem em esferasporque essa forma possui a menor área su-perficial para o volume de líquido específico.

Emulsões

Os compostos químicos que reduzem atensão superficial de um líquido são denomi-nados de superfície ativa e são conhecidos como“surfactantes”, “emulsificantes” ou “detergen-tes”. Pela redução da tensão superficial eles per-mitem que novas superfícies sejam produzidasmais facilmente quando a energia é incorpora-da ao sistema (p. ex., por homogeneizadores),permitindo, assim, que um maior número degotículas seja formado. Existem surfactantesque ocorrem naturalmente nos alimentos, in-cluindo álcoois, fosfolipídeos e proteínas, quesão algumas vezes utilizados para criaremulsões em alimentos (p. ex., utilizar ovosem massa para bolos). No entanto, compostosquímicos sintéticos possuem uma atividadesuperficial maior e são utilizados em quanti-dades muito pequenas para criar emulsões.Outros são utilizados em detergentes para ope-rações de limpeza (Capítulo 26). Detalhes deagentes emulsificantes sintéticos são forneci-dos no Capítulo 4 e no Apêndice C.

Agentes de atividade superficial possuemmoléculas polares (ou “hidrofílicas”) em umaextremidade e não-polares (ou “lipofílicas”) naoutra. Em emulsões, as moléculas dos emulsifi-

cantes orientam-se na superfície das gotículas,com a terminação polar na fase aquosa e a não-polar na fase oleosa.

Detergentes são agentes de superfície ati-va que reduzem a tensão superficial de líqui-dos, tanto para promover a “molhabilidade”(espalhamento do líquido) quando para agircomo emulsificantes para dissolver gorduras. Asmoléculas detergentes possuem uma regiãolipofílica formada por uma longa cadeia de áci-dos graxos e uma região hidrofílica com um salsódico de acido carboxílico (detergentesaponáceo) ou de sulfonato alquílico ou arílico(detergentes aniônicos). Detergentes aniônicosnão são afetados pela água dura, ao passo quedetergentes saponáceos formam uma espumaescura em água dura. Detergentes não-iônicos,que possuem álcoois, ésteres ou éteres como ocomponente hidrofílico, produzem pouca espu-ma e são facilmente enxaguados. Enzimas tam-bém podem ser adicionadas aos detergentespara remover proteínas, outros ingredientespodem incluir polifosfatos (para amaciar a águae manter a sujeira em suspensão), sulfato ousilicato de sódio (para fazer detergentes em póque fluam livremente) e perborato de sódio(agente branqueador).

Espumas

Espumas são sistemas bifásicos que pos-suem bolhas de gás dispersas em um líquidoou sólido separadas por uma película fina. Alémdas espumas alimentares (Tabela 1.3), as es-pumas são muito utilizadas para limpar equi-

32 P. J. FELLOWS

pamentos. Os principais fatores necessáriospara produzir uma espuma estável são:

• baixa tensão superficial para permitirque as bolhas contenham mais ar eevitar a contração;

• gelificação ou insolubilização da pelí-cula das bolhas para minimizar a per-da do gás contido e aumentar a rigi-dez da espuma; e

• baixa pressão de vapor nas bolhas parareduzir evaporação e ruptura do fil-me.

Em espumas alimentares, a estrutura daespuma pode ser estabilizada por congelamen-to (sorvetes), por gelificação (endurecimentoda gelatina em marshmallow), por aquecimento(bolos e merengues) ou por adição de estabili-zantes como proteínas ou gomas (Apêndice C).

1.1.4 Reologia e textura

A textura dos alimentos tem uma influ-ência substancial na percepção da qualidadepelos consumidores. Durante a mastigação, in-formações sobre as modificações da textura doalimento são transmitidas ao cérebro pelossensores na boca, pela audição e pela memó-ria para construir uma imagem das proprieda-des de textura do alimento. Isso pode ocorrerem algumas fases:

1. Uma avaliação inicial da dureza, dacapacidade de quebrar e da consis-tência durante a primeira mordida.

2. Uma percepção da mastigabilidade,da adesividade e da gomosidade du-rante a mastigação e da umidade eda oleosidade do alimento, além deuma avaliação do tamanho e da ge-ometria dos pedaços individuais doalimento.

3. Uma percepção da taxa na qual oalimento se quebra durante a masti-gação, dos tipos de pedaços forma-dos, da liberação ou absorção deumidade ou de qualquer coberturana boca e na língua pelo alimento.

Essas várias características foram catego-rizadas (Tabela 1.4) e utilizadas para avaliar emonitorar as modificações na textura que afe-tam a qualidade dos alimentos.

Reologia é a ciência da deformação deobjetos sob a influência de forças aplicadas.Quando um material sofre um estresse ele sedeforma, e a taxa e o tipo de deformação carac-terizam suas propriedades reológicas (as de ali-mentos sólidos estão descritas em maiores de-talhes no Capítulo 4). Um grande número dediferentes métodos tem sido utilizado para ava-liar a textura dos alimentos, incluindo perfil detextura por métodos sensoriais, utilizando pai-néis de testadores (p. ex., Bourne, 1982), a Aná-

TABELA 1.4 Características da textura dos alimentos

Característica primária Característica secundária Termo popular

Características mecânicasDureza Macio a firme a duroCoesividade Fragilidade Farelento, crocante, quebradiço

Mastigabilidade Tenro, mastigável, duroGomosidade Curto, farinhento, pastoso, borrachudo

Viscosidade Fino, viscosoElasticidade Plástico, elásticoAdesividade Grudento, liguento, pegajoso

Características geométricasTamanho e forma das partículas Arenoso, granulado, grosseiroForma e orientação das partículas Fibroso, celular, cristalino

Outras característicasTeor de umidade Seco a úmido a molhado a aguadoTeor de gordura Oleosidade Oleoso

Engraxamento Gorduroso

Adaptada de Szczesniak (1963).


FIGURA 1.2 Exemplo de avaliação de textura utilizando análise descritiva quantitativa. (Adaptada deClark, 1990.)

lise Descritiva Quantitativa (QDA) (Figura 1.2),descrita por Clark (1990), e métodos empíricosnos quais as medidas das forças necessárias paracisalhar, penetrar, extrudar, comprimir ou cor-tar um alimento são relacionadas a suas carac-terísticas de textura. Esses métodos foram revi-sados por Kilcast (1999), Rosenthal (1999),Lawless e Heyman (1998) e Brennan (1984).

Exemplos de métodos instrumentais inclu-em o sistema Brabender, para medir a texturade massas ou a viscosidade de pastas de amido;penetrômetros de cone ou pino, para medir ataxa de estresse em margarinas ou a dureza defrutas; o texturômetro General Foods, que si-mula a mastigação pela compressão do alimen-to utilizando um êmbulo; e o equipamentoInstron Universal Testing, que mede as forçasde estresse e tensão por compressão e exten-são. Métodos químicos incluem a medida do teorde amido ou pectina, e métodos microscópicosincluem microscopia eletrônica de emulsões ouda estrutura da carne de gado ou peixe. Esses

métodos são descritos detalhadamente porSherman (1979), Prentice (1984), Bourne(1978), Brennan (1984), Kramer e Szczesniak(1973), Lewis (1990) e Bourne(1982).

1.2 TRANSFERÊNCIA DE MASSA

A transferência de massa é um aspecto im-portante de um grande número de operações deprocessamento de alimentos: é um fator funda-mental em extrações com solvente, destilação(Capítulo 13) e processos com membranas (Ca-pítulo 6) e é um fator importante na perda denutrientes durante o branqueamento (Capítulo10). A transferência de massa de gases e vaporesé um fator primário na evaporação (Capítulo 13),na desidratação (Capítulo 15), no forneamentoe no cozimento (Capítulo 16), na fritura (Capí-tulo 17) e na liofilização (Capítulo 22), é a razãode queimaduras durante o congelamento (Capí-tulo 21) e é a causa da perda de qualidade ali-

Texturafirme

Gel de amido

Goma gelana

Goma xantana / guar

Texturagrossa

Texturamastigável

Texturaborrachenta

Texturagranulada

TexturapegajosaTextura

farinhenta

Texturadesaparece

Taxa dedissolução

Texturaescorregadia

Textura grossa

Tempo dedissolução

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mentar em alimentos refrigerados, mantidos ematmosfera modificada e embalados (Capítulos 19,20 e 24, respectivamente).

De forma análoga à transferência de calor(Seção 1.4), os dois fatores que influenciam ataxa da transferência de massa são a forçamotora que move os materiais e a resistência aoseu fluxo. Ao considerar sólidos dissolvidos emlíquidos, a força motriz é a diferença na con-centração de sólidos, ao passo que para gases evapores é a diferença na pressão parcial ou pres-são de vapor. A resistência surge do meio atra-vés do qual o líquido, gás ou vapor se move e dequalquer interação entre o meio e o material.

Um exemplo de transferência de massa éa difusão de vapor d’água por uma camada li-mite de ar em uma operação como desidrata-ção, forneamento, etc. A embalagem tambémcria camadas limites adicionais que atuamcomo barreiras ao movimento da umidade e àtransferência de calor (Figura 1.3).

A taxa de difusão é encontrada utilizando:

NA = DW / RTx . PT / PAm . (Pw1 – Pw2)

onde NA (kg s-1) ou (kmol s-1) = taxa de difu-são, Dw = coeficiente de difusão do vapord’água no ar, R = constante dos gases (= 8,134kJ/kmo-1K-1), T (K) = temperatura, x (m) =largura da camada estacionária, PT(kN m-2) =pressão total, PAm (kN m-2) = pressão médiado gás não-difusor pela camada estacionária ePw1 – Pw2 (kN m-2) = força motriz da pressãodo vapor d’água.

Fórmulas para a difusão de solutos atra-vés de líquidos e para gases dissolvidos em lí-quidos são fornecidas por Lewis (1990) eToledo (1999).

Balanços de massa

A lei de conversão de massa estabeleceque “a massa de material entrando em um sis-tema é igual à massa de material saindo”. Issotem aplicação, por exemplo, na mistura (Capí-tulo 5), na fermentação (Capítulo 7) e na eva-poração (Capítulo 13).

Geralmente, um balanço de massa paraum processo toma a seguinte forma:

massa de matérias-primas entrando = massa deprodutos e resíduos saindo + massa de materialarmazenado + perdas

Muitos balanços de massa são analisadosem condições de estado estacionário, no quala massa de material armazenado e as perdassão iguais a zero. Os balanços de massa sãoutilizados para calcular as quantidades de ma-terial em diferentes linhas de processo e paraprojetar processos e para calcular formulações,a composição após mistura, rendimentos deprocesso e eficiências de separação. Um balan-ço de massa típico está mostrado na Figura 1.4.

FIGURA 1.3 Barreiras da embalagem à transfe-rência de massa e ao fluxo de calor.

Embalagem

ArAr

Alimento

Filmes limites

1.7


Aqui o balanço de massa total é:

W + A = ar úmido + D

O balanço de massa para o ar é:

A + umidade = ar úmido

FIGURA 1.4 Diagrama de fluxo de materiais durante o assamento em forno.

Ar (A)Ar

Ar úmido

Umidade

Massa úmida (W)Sólidos

Massa assada (D)

O balanço de massa para os sólidos é:

W = ar úmido + D

Exemplos de cálculos de balanço de mas-sa são mostrados no Capítulo 13 (Problema-exemplo 13.3) e Capítulo 15 (Problema-exem-plo 15.2).

Em aplicações envolvendo concentraçãoou diluição, o uso da fração mássica ou porcen-tagem em peso é freqüentemente utilizado:

Fração mássica A =

ou

Massa total da mistura =


Calcule o balanço de massa total e o balanço de massa dos componentes para a mistura de ingredientes paraproduzir 25 kg de salsichas com um teor de gordura de 30%, utilizando carne de gado fresca e gordura de gado.Tipicamente, a carne de gado contém 18% de proteína, 12% de gordura e 68% de água, e a gordura de gadocontém 78% de gordura, 12% de água e 5% de proteína.

Solução do Problema-exemploConsiderar F = massa de gordura de gado (kg)Considerar M = massa de carne de gado (kg)

massa do componente Afração mássica de A

massa do componente Amassa total da mistura

Gordura (78% de gordura, 12%de água, 5% de proteína)(F)

Cutter

Carne (M)18% de proteína, 12% degordura e 68% de água

Salsichas (S)(25 kg, 30%de gordura)

36 P. J. FELLOWS

Se o peso do componente e sua fraçãomássica são conhecidos, a massa total da mistu-ra pode ser determinada. Cálculos computado-rizados de formulações são descritos no Capítu-lo 2 (Seção 2.2.1).

Um método simples para calcular a massarelativa de dois materiais necessários para umamistura de composição conhecida é o quadradode Pearson (Anon., 1996). Se, por exemplo, lei-te homogeneizado (3,5% de gordura) é mistu-rado com creme de leite (20% de gordura) paraproduzir um creme de leite light com 10% degordura, o quadrado de Pearson (Figura 1.5) éconstruído com a composição de gordura dos

ingredientes no lado esquerdo e o teor de gor-dura do produto no centro. Segundo o quadra-do, pela subtração diagonal, as proporções re-sultantes de leite e creme de leite podem serencontradas (i.e., 10 partes de leite e 6,5 partesde creme, na Figura 1.5). Um método alternati-vo é utilizar o balanço total e o balanço de gor-dura (veja Problema-exemplo 1.2). Toledo(1999) descreve a aplicação de balanços de mas-sa em processamentos de múltiplos estágios einclui um programa de computador para o usode balanços de massa em formulação de recei-tas. Outro exemplo do uso do quadrado dePearson é mostrado no Problema-exemplo 1.3.

Balanço de massa total

M + F = 25

Balanço de gordura

0,12 M + 0,78F = 0,3 (25)

Substituindo M = 25 – F no balanço de gordura

0,12 (25 – F) + 0,78 F = 7,53,0 – 0,12 F + 0,78 F = 7,5

= 6,82 kg

E

M = 25 – 6,82= 18,18 kg

FIGURA 1.5 Quadrado de Pearson. (De Anon, 1996.)

Leite

3,5 10

10

20 6,5

Creme de leite


1.3 FLUXO DE FLUIDOS

Muitos tipos de alimentos líquidos sãotransportados por tubulações durante o proces-samento, e pós e pequenas partículas são ma-nuseados mais facilmente do que fluidos (porfluidização). Os gases obedecem às mesmas leisque os líquidos, e, para efeito de cálculos, sãotratados como fluidos compressíveis. As proprie-dades de alguns fluidos selecionados são mos-tradas na Tabela 1.2. O estudo dos fluidos é,portanto, de grande importância no proces-samento de alimentos, sendo dividido em está-tica de fluidos (fluidos estáticos) e dinâmica defluidos (fluidos em movimento).

Uma propriedade dos líquidos estáticos é apressão que eles exercem no recipiente que oscontém. Esta está relacionada com a densidadedo líquido e a altura de sua massa no recipiente.Os líquidos na base de um recipiente estão a umapressão maior do que os na superfície, por causado peso do líquido acima deles (a pressãohidrostática). Essa é uma importante característi-ca para o projeto de tanques de contenção ouarmazenagem e processamento, de forma a ga-rantir que o recipiente seja construído com ma-teriais de resistência adequada. Uma grande pres-são hidrostática também afeta o ponto de ebuli-

ção de líquidos, o que é essencial para o projetode alguns tipos de evaporadores (Capítulo 13).

Quando um líquido passa por encanamen-tos ou equipamentos de processamento existeperda de energia e queda na pressão devido àresistência friccional ao fluxo. Essa perda pelafricção e as alterações nas energias potencial,cinética e de pressão são descritas em detalhesnos textos de engenharia de alimentosreferenciados no início deste capítulo e porLoncin e Merson (1979). A perda de pressãonos canos é determinada por vários fatores, in-cluindo a densidade e a viscosidade do fluido,o comprimento e o diâmetro do cano e o nú-mero de curvas, válvulas, etc., na tubulação.Para superar essa perda de energia é preciso,utilizando bombas para transportar o fluido,aplicar uma força necessária que é determina-da pela viscosidade do fluido (Seção 1.1.2),pelo tamanho dos canos, pelo número de cur-vas e conexões e pela altura e distância que ofluido deve ser transportado.

Para calcular o balanço de energia quan-do um líquido circula por uma tubulação, oefeito das válvulas e curvas na taxa de fluxoou a pressão produzida pela bomba, utiliza-sea equação de Bernoulli, que demonstra a con-servação de energia.


Use o quadrado de Pearson para calcular a quantidade de suco de laranja (10% de açúcar) e xarope (60%de açúcar) necessária para produzir 50 kg de refresco de fruta contendo 15% de açúcar.

Solução do Problema-exemplo 1.3

O resultado indica que 45 kg de suco de laranja devem ser misturados com 5 kg de xarope.

Suco de laranja

10 45

15

60 5

Xarope

38 P. J. FELLOWS

onde P(Pa) = pressão, r (kg m-3) = densidade dofluido, g (= 9,81 m s-1) = aceleração da gravida-de, v (m s-1) = velocidade do fluido e z (m) =altura. O subscrito 1 indica a primeira posição natubulação e o subscrito 2, a segunda.

P1 + v2 = z1g = P2 + v2 + z2gρ1 2 ρ2 2

1 21.8

FIGURA 1.6 Aplicação da equação de Bernoulliao fluxo de fluido sem fricção.

A

B

v1

v2z1

z2


Uma solução de sacarose a 20% passa de um tanque de mistura a 50 kPa através de um cano horizontal de5 cm de diâmetro a 25 m3 h-1. Se o diâmetro do cano for reduzido para 3 cm, calcule a nova pressão no cano.(A densidade da solução de sacarose é 1.070 kg m-3 [Tabela 1.2].)

Solução para o problema-exemplo 1.4

Taxa de fluxo = 253.600 m3 s-1

= 6,94 x 10-3 m3 s-1

Área do cano 5 cm de diâmetro = D2

= (0,05)2

= 1,96 x 10-3 m2

Velocidade de fluxo =

= 3,54 m s-1

Área do cano de 3 cm de diâmetro = 7,07 x 10–4 m2

Velocidade de fluxo =

= 9,81 m s-1

Usando a Equação 1.8

π

43,142

4

6,94 x 10-3

1,96 x 10-3

6,94 x 10-3

7,70 x 10-4

3,542 + 50 x 10-3 + 0 = P2 + 9,812 + 0

2 1.070 1.070 2

Portanto,P2 = 56.656 Pa

= 56,7 kPa

P1 + v 2 = z1g = P2 + v 2 + z2gρ1 2 ρ2 2

1 2


FIGURA 1.7 Fluxo de fluidos: (a) distribuição de velocidade e camada limite; (b) fluxo laminar; (c) fluxoturbulento.

Filme limite

(a) Velocidade

(b)

Filmelimite

Em qualquer sistema em que exista umfluxo de fluidos, há um filme limite (ou filmesuperficial) de fluido junto à superfície sobre aqual o fluido escorre (Figura 1.7a). A espessu-ra do filme limite é influenciada por uma sériede fatores, incluindo a velocidade, a viscosida-de, a densidade e a temperatura do fluido. Osfluidos que possuem baixa taxa de fluxo ou altaviscosidade podem ser considerados uma sériede camadas que se movem umas sobre as ou-tras sem se misturar (Figura 1.7b). Isso pro-duz o movimento do fluido, que é denomina-do de fluxo laminar. Em um cano, sua veloci-dade é maior no centro e inexistente nas pare-des. Acima de uma certa taxa de fluxo, que édeterminada pela natureza do fluido e do cano,

as camadas misturam-se, e estabelece-se umfluxo turbulento (Figura 1.7c) no seio do flui-do, apesar de o fluxo permanecer laminar nacamada limite. Os fluxos maiores produzemmais turbulência e, portanto, uma camada li-mite mais fina.

O fluxo de fluidos é caracterizado por umnúmero adimensional (Apêndice D) denomi-nado número de Reynolds (Re). Ele é calculadoutilizando

Re = Dvρμ 1.9

onde D (m) = diâmetro do cano, v (m s-1) = ve-locidade média, ρ (kg m-3) = densidade do flui-do e μ (N s m-2) = viscosidade do fluido.

(c)

40 P. J. FELLOWS

Um número de Reynolds menor que 2.100caracteriza um fluxo laminar, e maior que 4.000,um fluxo turbulento. Para números de Reynoldsentre 2.100 e 4.000, tem-se um fluxo de transi-ção, que pode ser tanto laminar ou turbulentoem momentos diversos. Essas diferentes carac-terísticas de fluxo possuem implicações impor-tantes para a transferência de calor e operaçõesde mistura; o fluxo turbulento produz uma ca-mada limite mais fina, que permite taxas maio-res de transferência de calor. As implicaçõesdesse fenômeno para o projeto e desempenhode equipamentos são discutidas nos Capítulos11 a 13 e 17 (para líquidos em tubos ou sobreplacas de metal). O número de Reynolds tam-bém pode ser usado para determinar a potêncianecessária de bombas e misturadores utilizadospara operações de mistura (Capítulo 5).

Em fluxo turbulento, as partículas do flui-do movimentam-se em todas as direções, e ossólidos são mantidos em suspensão mais facil-mente. Isso reduz a formação de depósitos emtrocadores de calor e evita a deposição de sóli-dos na tubulação. O fluxo laminar produz umavariação mais ampla do tempo de residênciapara as partículas individuais fluindo em umtubo. Isso é especialmente importante para ocálculo do tempo de residência necessário parao tratamento térmico de alimentos líquidos, umavez que é preciso garantir que todas as partesdo alimento recebam a quantidade de calor de-terminada. Esse aspecto é discutido em maisdetalhes em relação ao aquecimento ôhmico(Capítulo 18). O fluxo turbulento causa maio-res perdas por fricção que o fluxo laminar e,portanto, requer maior energia das bombas.


Dois fluidos, leite e óleo de colza, são escoados por tubulações de mesmo diâmetro (5 cm) a 20°C e namesma velocidade de 3 m s-1. Determine se o fluxo de cada fluido é laminar ou turbulento. (As propriedadesfísicas do leite e do óleo de colza são aparentadas na Tabela 1.2.)

Solução do Problema-exemplo 1.5

Pela Tabela 1.2, para o leite, μ = 2,10 x 10-3 N s m-2 e ρ = 1.030 kg m-3. Pela Equação 1.9,

Re =

Portanto,

Re =

= 73.571

Logo, o fluxo é turbulento (porque Re é maior que 4.000).

Para o óleo de colza, pela Tabela 1.2, μ = 118 x 10-3 N s m-2 e ρ = 900 kg m-3. Portanto

Re =

= 1.144

Logo, o fluxo é laminar (porque Re é menor que 2.100).

Dvρμ

0,05 x 3 x 1.0302,1 x 10-3

0,05 x 3 x 900118 x 10-3


1.3.1 Fluxo de fluidos através de leitofluidizado

Quando o ar passa de baixo para cima atra-vés de um leito de alimentos, as partículas cri-am uma resistência ao fluxo de ar e reduzem aárea disponível para o fluxo através do leito.Com o aumento da velocidade do ar, atinge-seum ponto no qual o peso do alimento é balan-ceado pela força do ar, e o leito torna-sefluidizado (p. ex., secagem em leito fluidizado[Capítulo 15]). Se a velocidade é aumentadaainda mais, o leito torna-se mais aberto (o volu-me vazio aumenta), até que, eventualmente, aspartículas são transportadas na corrente de flu-xo (p. ex., separação [Capítulo 3]), secagem[Capítulo 15] ou transporte pneumáticos [Ca-pítulo 26]). A velocidade do ar necessária paraatingir a fluidização de partículas esféricas écalculada utilizando:

onde vf (m s-1) = velocidade de fluidização, ρs

(kg m-3) = densidade das partículas sólidas, ρ(kg m-3) = densidade do fluido, g (m s-2) =aceleração da gravidade, μ (N s m-2) = viscosi-dade do fluido, d (m) = diâmetro das partícu-las, ε = volume vazio do leito.

Fórmulas para alimentos de outras formassão descritas por Kunii e Levenspiel (1969). Avelocidade mínima do ar necessária para trans-portar partículas é encontrada utilizando:

vf =(ρs – ρ) g

μd2 ε3

180 (1 – ∈) 1.10

onde ve (m s-1) = velocidade mínima do ar e Cd

(= 0,44 para Re = 500 – 200.000) = coeficien-te de arraste.

ve =4d (ρs – ρ)

3Cd ρ


Ervilhas com um diâmetro médio de 6 mm e densidade de 880 kg m-3 são secas em um secador de leitofluidizado (Capítulo 15). O volume vazio mínimo é 0,4 e a área transversal do leito é 0,25 m2. Calcule a velocida-de mínima do ar necessária para fluidizar o leito se a densidade do ar for 0,96 kg m-3 e a viscosidade do ar é 2,15x 10-5 N s m-2.

Solução para o Problema-exemplo 1.6Da Equação 1.10,

vf =

= 8,5 m s-1

(880 – 0,96) 9,81

2,15 x 10-5

1.11

1.4 TRANSFERÊNCIA DE CALOR

A maioria das operações unitárias noprocessamento de alimentos envolve a transfe-rência de calor do alimento ou para ele. Exis-tem três formas nas quais o calor pode ser trans-ferido: por radiação, por condução e porconvecção. A radiação, descrita em detalhes noCapítulo 18, é a transferência de calor por on-das eletromagnéticas (veja Capítulo 18, Figura18.1), por exemplo, em um grill elétrico. A con-dução é o movimento de calor pela transferên-

cia direta de energia molecular dentro dos sóli-dos (p. ex., através de recipientes de metal oualimentos sólidos). A convecção é a transferên-cia de calor por grupos de moléculas que se mo-vem como resultado de diferenças na densida-de (p. ex., em ar aquecido) ou como resultadoda agitação (p. ex., em líquidos agitados). Namaioria das aplicações, os três tipos de transfe-rência de calor ocorrem simultaneamente, masum tipo pode ser mais importante que os de-mais em algumas aplicações. Mais detalhes sãofornecidos por Hayhurst (1997).

(0,006)2 (0,4)3

180 (1-0,4)

42 P. J. FELLOWS

1.4.1 Balanços de energia

Em um balanço de energia, “a quantida-de de calor ou energia mecânica entrando emum processo = energia total saindo com os pro-dutos e resíduos + energia armazenada + ener-gia perdida para o ambiente”. Se as perdas decalor são minimizadas, as perdas de energiapara o ambiente podem ser ignoradas para so-luções aproximadas no cálculo, por exemplo,da quantidade de vapor, ar quente ou refrige-rante necessária. Para soluções mais precisas,devem ser feitas compensações para as perdasde calor.

1.4.2 Mecanismos da transferênciade calor

A transferência de calor estacionária ocor-re quando existe uma diferença de temperatu-ra constante entre dois materiais. A quantida-de de calor entrando em um material é igual àquantidade de calor saindo, e não há mudançade temperatura do material. Isso acontece, porexemplo, quando o calor é transferido atravésdas paredes de uma câmara fria, se a tempera-tura da câmara e do ambiente são constantes(Capítulo 19), e em processos contínuos, apósa estabilização das condições de operação. Noentanto, na maioria das aplicações de proces-samento de alimentos, a temperatura do ali-mento e/ou do meio de aquecimento ouresfriamento está mudando constantemente, ea transferência de calor não-estacionária é amais freqüente. Os cálculos da transferênciade calor sob essas condições são extremamen-te complicados, mas são simplificados por umasérie de considerações e pelo uso de tabelas emodelos computacionais para alcançar solu-ções aproximadas (Toledo, 1999).

Condução estacionária

A taxa de calor transferida por conduçãoé determinada pela diferença de temperaturaentre o alimento e o meio de aquecimento ouresfriamento e a resistência total à transferên-cia de calor. A resistência à transferência decalor é expressa como a condutância do mate-

rial ou, mais comumente, como sua recíproca,que é denominada de condutividade térmica.As condutividades térmicas de alguns materiaisencontrados no processamento de alimentossão mostradas nas Tabelas 1.2 e 1.5.

Sob condições estacionárias, a taxa detransferência de calor é calculada utilizando:

onde Q (J s-1) = taxa de transferência de calor, k(J m-1 s-1 K-1 ou W m-1 K-1) = condutividade tér-mica, A (m-2) = área superficial, θ1-θ2 (ºC ou K)= diferença de temperatura e x (m) = espessurado material. A razão (θ1-θ2)/x também é conhe-cida como gradiente de temperatura.

Apesar de, por exemplo, o aço inoxidávelconduzir 10 vezes menos calor do que o alumí-nio (Tabela 1.5), a diferença é pequena compara-da com a baixa condutividade térmica dos alimen-tos (20 a 30 vezes menor do que a do aço) e nãolimita a taxa de transferência de calor. O aço ino-xidável é muito menos reativo que qualquer ou-tro metal, particularmente em relação a alimen-tos ácidos, e é, por essa razão, usado na maioriados equipamentos de processamento que entramem contato com o alimento.

A condutividade térmica dos alimentos éinfluenciada por uma série de fatores relaciona-dos com a natureza do alimento (p. ex., estrutu-ra da célula, quantidade de ar preso entre as cé-lulas e teor de umidade) e com a temperatura ea pressão do ambiente. A redução do teor deumidade causa uma diminuição substancial nacondutividade térmica, o que tem implicaçõesimportantes nas operações unitárias envolvendoa condução de calor pelo alimento para a remo-ção de água (p. ex., na secagem [Capítulo 15],na fritura [Capítulo 17] e na liofilização [Capítu-lo 22]). Na liofilização, a condutividade térmi-ca do alimento também é influenciada pelaredução da pressão atmosférica. O gelo possuiuma condutividade térmica maior do que a água,o que é importante na determinação da taxa decongelamento e descongelamento (Capítulo 21).(Um problema-exemplo indicando a importân-cia da condutividade térmica é mostrado no Ca-pítulo 17.)

Q =kA (θ1 – θ2)

x1.12


TABELA 1.5 Condutividade térmica de alguns alimentos e outros materiais

Condutividade térmica Temperatura da medidaTipo de material (W m-1 K-1) (°C)

Materiais de construçãoAlumínio 220 0Cobre 388 0Aço inoxidável 21 20Outros metais 45-400 0Tijolo 0,69 20Concreto 0,87 20

AlimentosAzeite de oliva a 0,17 20Leite integral a 0,56 20Alimentos liofilizados 0,01-0,04 0Carne congelada b 1,30 –10Porco (magro) b 0,48 3,8Bacalhau congelado 1,66 –10Suco de maçã 0,56 20Laranja 0,41 0-15Vagens 0,80 –12,1Couve-flor 0,80 –6,6Ovo 0,96 –8Gelo 2,25 0Água a 0,57 0

Materiais de embalagemCartolina 0,07 20Vidro 0,52 20Polietileno 0,55 20Cloreto de polivinila (PVC) 0,29 20

Materiais de isolamentoEspuma de poliestireno 0,036 0Espuma de poliuretano 0,026 0Outros tipos 0,026-0,052 30

a Presumindo que correntes de convecção estejam ausentes.b Fluxo de calor paralelo às fibras.De Earle (1983), Lewis (1978) e Woodams e Nowrey (1968).

Condução não-estacionária

Durante o processamento, a temperaturaem um determinado ponto dentro do alimen-to depende da taxa de aquecimento ouresfriamento e da posição no alimento. Portan-to, a temperatura altera-se continuamente. Osfatores que influenciam as mudanças de tem-peratura são:

• a temperatura do meio de aquecimen-to;

• a condutividade térmica do alimento; e• o calor específico do alimento.

Exemplos de calor específico de alimen-tos são dados nas Tabelas 1.2 e 1.6. A difusivi-dade térmica está relacionada com a conduti-vidade térmica, com o calor específico e com adensidade de um alimento por:

a =kρc

onde a (m2 s-1) = difusividade térmica, ρ (kgm-3) = densidade, c (J kg-1 K-1) = capacidadetérmica específica e k (W m-1 K-1) = conduti-vidade térmica.

1.13

44 P. J. FELLOWS

A equação básica para a transferência decalor não-estacionária em uma única direção(x) é:

como exemplos misturadores (Capítulo 5), se-cadores de leito fluidizado (Capítulo 15), con-geladores com jato de ar (air blast) (Capítulo21) e líquidos bombeados através de trocado-res de calor (Capítulos 11 a 13).

Quando líquidos ou gases são usados comomeio de aquecimento ou resfriamento, a taxade transferência de calor do fluido para a su-perfície do alimento é encontrada utilizando:

TABELA 1.6 Calor específico de alguns alimentos e outros materiais

Alimento/ material Calor específico (kJ kg-1 K-1) Temperatura (°C)

Alumínio 0,89 20Maçãs 3,59 AmbienteMaçãs 1,88 CongelamentoBacalhau 3,76 AmbienteBacalhau 2,05 CongelamentoCobre 0,38 20Gelo 2,04 0Cordeiro 2,80 AmbienteCordeiro 1,25 CongelamentoBatatas 3,43 AmbienteBatatas 1,80 CongelamentoAço inoxidável 0,46 20Água 4,18 15Vapor d’água 20,5 100

Adaptada de dados de Peleg e Bagley (1983), Jowitt et al. (1983) e Polley et al. (1980).

onde dθ/dt = alteração da temperatura com otempo.

Exemplos de soluções para essa equaçãopara formas simples (p. ex., uma fatia, cilindroou esfera) são descritos por Earle (1983), Jacksone Lamb (1981) e Loncin e Merson (1979).

Convecção

Quando um fluido tem sua temperaturaalterada, as modificações resultantes na den-sidade estabelecem correntes naturais deconvecção. Exemplos incluem evaporadores decirculação natural (Capítulo 13), movimentodo ar em freezers (Capítulo 21) e movimentode líquidos dentro de latas durante a esterili-zação (Capítulo 12). A convecção forçada acon-tece quando um misturador ou ventilador éutilizado para agitar o fluido. Isso reduz a es-pessura do filme limite para produzir taxas maisaltas de transferência de calor e uma redistri-buição mais rápida da temperatura. Conse-qüentemente, a convecção forçada é maiscomumente empregada que a convecção na-tural no processamento de alimentos, tendo

dθdt

=kρc

d2 θdx 2

1.14

onde Q (J s-1) = taxa de transferência de calor, A(m2) = área superficial, θs (K) = temperatura dasuperfície, θb (K) = temperatura no seio do flui-do e hs (W m-2 K-1) = coeficiente de transferên-cia de calor da superfície (ou filme).

O coeficiente de transferência de calor super-ficial é a medida da resistência ao fluxo de calorcausada pelo filme limite, e é, portanto, equiva-lente ao termo k/x na equação da condução(Equação 1.12) (Polley et al., 1980). Ele é maiorno fluxo turbulento que no laminar. Valores típi-cos de hs são apresentados na Tabela 1.7.

Esses dados indicam que a transferênciade calor pelo ar é menor do que através de lí-quidos, e taxas de transferência maiores sãoobtidas por ar em movimento quando compa-radas com ar parado. Trocadores de calor mai-ores são, portanto, necessários quando o ar é

Q = hsA (θb – θs) 1.15


utilizado para aquecimento (Capítulos 15 e 16)ou resfriamento (Capítulos 19 e 21) compara-dos àqueles necessários quando se usam líqui-dos. O vapor condensante produz taxas de trans-ferência de calor maiores do que água quentena mesma temperatura, e a presença de ar novapor reduz a transferência de calor. Isso temimportantes implicações no enlatamento (Ca-pítulo 12), uma vez que qualquer ar presenteno vapor pode diminuir a temperatura e conse-qüentemente diminuir a quantidade de calorrecebida pelo alimento. Tanto termômetroscomo medidores de pressão são necessários paraverificar se o vapor está saturado.

O coeficiente de troca térmica superficialestá relacionado com as propriedades físicasde um fluido (p. ex., densidade, viscosidade,calor específico), a gravidade (que causa a cir-culação devido às mudanças de densidade), ogradiente de temperatura e o comprimento oudiâmetro do recipiente sob investigação. Asfórmulas que relacionam esses fatores são ex-pressas como números adimensionais (Apên-dice D) da seguinte forma:

onde hc (W m-2 K-1) = coeficiente de transferên-cia de calor por convecção na interface sólido-líquido, D (m) = dimensão característica (com-primento ou diâmetro), k (W m-1 K-1) = conduti-vidade térmica do fluido, cp (J kg-1 K-1) = calorespecífico a pressão constante, ρ (kg m-3) = den-sidade, μ (N s m–2) = viscosidade, g (m s-2) =aceleração da gravidade, β (m m-1 K-1) = coefi-ciente de expansibilidade térmica, Δθ (K) = di-ferença de temperatura e v (m s-1) = velocidade.

Para o fluxo laminar através de canos,

TABELA 1.7 Valores de coeficientes de transferência de calor superficial

Coeficiente de transferênciade calor superficial hs

(W m-2 K-1) Aplicações típicas

Líquidos ferventes 2.400 - 60.000 EvaporaçãoVapor saturado condensante 12.000 Enlatamento, evaporaçãoVapor condensante

Com 3% de ar 3.500 Processamento térmicoCom 6% de ar 1.200

Amônia condensante 6.000 Congelamento, resfriamentoLíquido fluindo em canos

Baixa viscosidade 1.200 - 6.000 PasteurizaçãoAlta viscosidade 120 - 1.200 Evaporação

Ar em movimento (3 m s-1) 30 Congelamento, cozimentoAr parado 6 Câmara fria

Adaptada de Loncin e Merson (1979) e Earle (1983).

Número de Nusselt Nu =

Número de Prandtl Pr =

Número de Grashof Gr =

hcDk

cp μ

k

D3 ρ

2gβΔθ

μ2

1.16

1.17

1.18

onde L (m) = comprimento do cano, quandoRe Pr D/L > 120 e todas as propriedades físi-cas são medidas na temperatura média damassa de fluido.

Para o fluxo turbulento através de canos,

onde n = 0,4 para aquecimento ou n = 0,3para resfriamento. Quando Re > 10.000, a vis-cosidade é medida na temperatura média dofilme e as outras propriedades são medidas natemperatura média da massa de fluido.

O número de Grashof é utilizado para aconvecção natural, quando não existe turbu-lência no fluido. Fórmulas para outras condi-ções de fluxo e diferentes vasos são descritaspor Loncin e Merson (1979), Jackson e Lamb(1981) e Earle (1983).

Nu = 0,023 (Re)0,8 (Pr)n 1.20

Nu = 1,62 (Re Pr )0,33DL 1.19

46 P. J. FELLOWS


O leite integral é resfriado em um trocador de calor tubular de 30 a 10°C, com água a 1°C. O diâmetro do tuboé 5 cm, e a velocidade do fluxo do leite é 1,0 m s-1. Calcule o coeficiente de transferência de calor para o leiteutilizando as propriedades físicas descritas na Tabela 1.2.

Solução para o Problema-exemplo 1.7

Temperatura média da massa =

= 20°C

Da Tabela 1.2, ρ = 1.030 kg m-3, c = 3,9 kJ kg-1 °K-1

E

k = 0,56 W m-2 °K-1.

Se Re > 10.000, a viscosidade deve ser medida na temperatura média.

Temperatura média do filme =

= 10,5°C

Para leite a 10,5°C , μ = 2,8 x 10-3 N s m-2. Da Equação 1.9,

Re =

=

= 18.393

Da Equação 1.17,

Pr =

=

= 19,5

Das Equações 1.16 e 1.20,

Nu =

= 0,023 (Re)0,8 (Pr)0,33

Portanto,

hc = 0,023 (Re)0,8 (Pr)0,33.

= 0,023 (18.393)0,8 (19,5)0,33

= 1.768 W m-2 °K-1

30 + 10

2

1 + (30 + 10)

2

12

Dvρ

μ

0,05 x 1,0 x 1.0302,8 x 10-3

cp μ

k

(3,9 x 103) (2,8 x 10-3)

0,56

hcD

k

0,56 0,05

kD


A maioria dos casos de transferência decalor no processamento de alimentos envolve atransferência através de diferentes materiais.Como exemplo, um trocador de calor tubularde um fluido quente, através da parede de umrecipiente para um segundo fluido é mostradana Figura 1.8.

A diferença de temperatura global é en-contrada utilizando:

As temperaturas desconhecidas da paredeθ2 e θ3 não são necessárias, e todos os fatorespara resolver a equação podem ser medidos.

O somatório das resistências ao fluxo decalor é denominado coeficiente global de trans-ferência de calor (CGTT) U, e a taxa da transfe-rência de calor pode ser expressa como:

θa – θb =QA

1ha

xk

+1hb

1.21

TABELA 1.8 Coeficiente global de troca térmica (CGTT) no processamento de alimentos

Fluidos de transferência de calor Exemplo CGTT (W m-2 K-1)

Água quente – ar Aquecedor a ar 10-50Líquido viscoso – água quente Vaso encamisado 100Líquido viscoso – água quente Vaso encamisado agitado 500Líquido viscoso – vapor Evaporador 500Líquido não-viscoso – vapor Evaporador 1.000-3.000Gás fluido – água Caldeira 5-50Amônia evaporante – água Unidade de refrigeração de água 500

Adaptada de Lewis (1990).

Q = UA (θa – θb) 1.22

O CGTT é um termo importante que é uti-lizado, por exemplo, para indicar a efetividadedo aquecimento ou do resfriamento em dife-rentes tipos de equipamentos de processo. Al-guns exemplos são mostrados na Tabela 1.8.

FIGURA 1.8 Mudanças de temperatura de um líquido quente para um líquido frio através das paredesde um recipiente.

Filmes limites

Tem

pera

tura Metal

Quente Frio

Distância

θa θ1

θ2

θ3

θb

( )

48 P. J. FELLOWS

Os líquidos podem fluir na mesma direçãoou em direções opostas em um trocador de calor.O fluxo contracorrente de líquidos (Figura 1.9)tem uma eficiência de transferência térmica maiordo que o paralelo e é, por essa razão, amplamen-te empregado em trocadores de calor (para exem-plos, veja Capítulos 10 a 21). No entanto, a dife-rença de temperatura varia em diferentes pon-tos do trocador e é necessário usar uma médialogarítmica das diferenças de temperatura noscálculos (Equação 1.23):

onde θ1 é maior do que θ2.Problemas-exemplo relacionados a esse

aspecto são mostrados nos Capítulos 11, 13 e 15.O tempo de aquecimento no proces-

samento em batelada é encontrado utilizando:

Δθm =Δθ1 – Δθ2

In (Δθ1 / Δθ2)1.23

t =mcUA

lnθh – θi

θh – θf( ) 1.24

onde m (kg) = massa, c (J kg-1 ºK-1) = capaci-dade de calor específica, θn (ºC) = temperaturado meio de aquecimento, θi (ºC) = temperatu-ra inicial θf (ºC) = temperatura final, A (m2) =área superficial e U (W m-2 K-1) = CGTT.


No trocador de calor em contracorrente mostrado na Figura 1.9, o leite é resfriado de 73 a 38°C a uma taxa de2.500 kg h-1 utilizando água a 15°C, que deixa o trocador de calor a 40°C. A tubulação de 2,5 cm de diâmetro éconstruída em aço inox de 3 mm de espessura; os coeficientes de troca térmica superficial são 1.200 W m-2 K-1

pelo lado do leite e 3.000 W m-2 K-1 pelo lado da água. Calcule o CGTT e o comprimento de cano necessário.

Solução do Problema-exemplo 1.8Para encontrar o CGTT, a partir das Equações 1.21 e 1.22,

Portanto, o CGTT é

U = 769,2 W m-2 °K-1

Para encontrar o comprimento de cano necessário, procede-se da forma a seguir.Das Equações 1.22 e 1.23,

Q = UAΔθm

E

=

= 27,8°C

1

U=

1

ha

+x

k

1

hb

+

=1

1.200+

3 x 10-3

21+

1

3.000

= 1,3 x 10-3

Δθm =Δθ1 – Δθ2

ln (Δθ1 – Δθ2)

(73 – 40) / (38 - 15)

ln[(73 – 40) / (38-15)]


FIGURA 1.9 Fluxos paralelo e de contracorrente em um trocador de calor.

Paralelo Contracorrente

θ1

θ2

θ2

θ1

θ2

θ1

θ2

Agora Q é o calor removido do leite que é igual mcp(θa-θb ). Da Tabela 1.2, cp = 3,9 kJ kg-1 °K-1. Portanto,

Q = (3,9 x 103) (73 - 38)

= 9,48 x 104 J

Agora a área é

A =

=

= 4,4 m2

Além disso,

A = πDL

Portanto, o comprimento do tubo é

L =

= = 56 m

2.5003.600

Q

UΔθm

9,48 x 104

769,2 x 27,8

AπD

4,4

3,142 x 0,025

50 P. J. FELLOWS

Transferência de calor em estadonão-estacionário por condução econvecção

Quando um pedaço sólido de alimento éaquecido ou resfriado por um fluido, as resis-tências à transferência de calor são o coefici-ente de transferência de calor e a condutividadetérmica do alimento. Esses dois fatores são re-lacionados pelo número de Biot Bi:

zando a Equação 1.24, empregando o coeficien-te de transferência de calor do filme hs em vezde U. No entanto, na maioria das aplicações acondutividade térmica do alimento é o fatorlimitante à taxa de transferência de calor (Bi >0,2). Esses cálculos são complexos, e uma sé-rie de gráficos está disponível para a resoluçãodas equações para alimentos de formas sim-ples (Figura 1.10). Tais gráficos relacionam onúmero de Biot (Bi) (Equação 1.25), o fatortemperatura (a fração da mudança de tempe-ratura que permanece a ser atingida [Equação1.26]) e o número de Fourier Fo (númeroadimensional que relaciona a difusividade tér-mica, o tamanho do pedaço e o tempo de aque-cimento ou resfriamento [Equação 1.27]).

onde h (W m-2 K-1) = coeficiente de troca tér-mica, δ = “meia dimensão” característica (p.ex., raio de uma esfera ou cilindro, meia es-pessura de uma fatia) e k (W m-1 K-1) =condutividade térmica.

Em valores de Bi pequenos (menores que0,2), o filme superficial é a principal resistênciaao fluxo de calor, e o tempo necessário paraaquecer o alimento sólido é encontrado utili-

Bi =hδk

1.25

1.26θh – θf

θh – θi

onde os subscritos h, f e i indicam, respectiva-mente, o meio de aquecimento, o valor final eo valor inicial.

FIGURA 1.10 Gráfico para a transferência de calor em estado não-estacionário: (a) esfera; (b) fatia; (c)cilindro. (Conforme Henderson e Perry, 1955.)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

0,25 0,50 0,75 1,0

1,52,0

3,04,0

6,010,0

0,250,100

khr

khl

0,500,75

1,0 1,52,0

4,0

1,52,0

3,04,0

6,0

10,0

1,00,750,500,25

0,100k

hr

1,00,80,6

0,4

0,2

1,00,80,6

0,4

0,2

1,00,80,6

0,4

0,2

θH –

θF

θH –

θI

(a)

(b)

1,0(c)

k

cρ

t

δ 2


Exemplos de cálculo de estado não-estacionário são mostrados adiante e no Capí-tulo 19. Cálculos mais complexos são descri-Fo =

kcρ

tδ 2 1.27


Ervilhas com um diâmetro médio de 6 mm são branqueadas para atingirem a temperatura de 85°C no centro. Atemperatura inicial das ervilhas é 15°C e a água de branqueamento está a 95°C. Calcule o tempo necessário,considerando que o coeficiente de troca térmica é 1.200 W m-2 K-1 e que, para ervilhas, a condutividade térmicaé 0,35 W m-1 K-1, o calor específico é 3,3 kJ kg -1 K-1 e a densidade é 980 kg m-3.

Solução para o Problema-exemplo 1.9Da Equação 1.25,

Bi =

=

= 10,3

Portanto,

= 0,097

Da Equação 1.26,

θh - θf 95 – 85

θh - θi 95 – 15

= 0,125

Do gráfico para a esfera (Figura 1.10), Fo = 0,32. Da Equação 1.27,

Fo =

= 0,32

Portanto,tempo t = 0,32

=

= 26,6s

hδk

1.200 (3 x 10-3)

0,35

khδ

=

k

cρ

t

δ 2

cρδ 2

k

0,32 (3,3 x 103) 980 (3 x 10-3)2

0,35

52 P. J. FELLOWS

tos por Lewis (1990), Earle (1983) e Jackson eLamb (1981).

1.4.3 Fontes de energia e métodosde aplicação em alimentos

O custo de energia para aquecimento tem-se tornado uma das principais consideraçõesna seleção dos métodos de processamento e,ultimamente, no custo dos alimentos proces-sados e na lucratividade da operação. Diferen-tes combustíveis têm vantagens específicas elimitações em termos de custo, segurança, ris-co de contaminação do alimento, flexibilidadede uso e custos de capital e de operação para oequipamento de transferência de calor. As se-guintes fontes de energia são utilizadas noprocessamento de alimentos:

• Eletricidade• Gás (natural ou gás liquefeito de pe-

tróleo)• Óleo combustível

Combustíveis sólidos (antracita, carvãomineral, lenha e carvão) são utilizados em pe-quena escala. As vantagens e as limitações decada tipo de fonte de energia são mostradasna Tabela 1.9.

Métodos de aquecimento direto

Nos métodos de aquecimento direto, o ca-lor e os produtos da queima do combustívelestão em contato direto com o alimento. Exis-te um risco óbvio de contaminação do alimen-to pelos odores ou pela queima incompleta,razão pela qual somente gás e, em menor es-cala, combustíveis líquidos são usados. Aplica-ções incluem secadores de forno (Capítulo 15)e fornos para assar (Capítulo 16). Esses méto-dos diretos não devem ser confundidos cominjeção “direta” de vapor, na qual o vapor éproduzido em um local separado da planta deprocessamento. A eletricidade não é um com-bustível da mesma forma que os outros tiposrecém-descritos. Ela é gerada por turbinas avapor por um fluido primário (p. ex., carvãomineral ou óleo combustível) ou por hidrelé-tricas ou fissão nuclear. No entanto, a energiaelétrica também é usada diretamente no aque-cimento dielétrico ou por microondas (Capí-tulo 18).

Métodos indiretos

O resfriamento indireto de alimentos estádescrito nos Capítulos 19 e 21. Métodos deaquecimento indiretos empregam um trocadorde calor para separar o alimento dos produtos

TABELA 1.9 Vantagens e limitações de diferentes fontes de energia para o processamento de alimentos

Combustível CombustívelEletricidade Gás líquido sólido

Energia por unidade de massa ou volume Não aplicável Baixaa Altab Moderada a altac

Custo por kJ de energia Alto Baixo Baixo Baixo

Custo do equipamento de troca térmica Baixo Baixo Alto Alto

Eficiência do aquecimentod Alta Moderada a alta Moderada a baixa Baixa

Flexibilidade de uso Alta Alta Baixa Baixa

Perigo de fogo ou explosão Baixo Alto Baixo Baixo

Risco de contaminação do alimento Baixo Baixo Alto Alto

Custo de mão-de-obra e manuseio Baixo Baixo Baixo Alto

a O valor de aquecimento para o gás é 1,17 x 103 – 4,78 x 103 kJ kg-1.b O valor de aquecimento para o óleo é 8,6 x 103 – 9,3 x 103 kJ kg-1.c O valor de aquecimento para o carvão mineral é 5,26 x 103 – 6,7 x 103 kJ kg-1 e para a madeira é 3,8 x 103 – 5,26 x 103 kJ kg-1.d A eficiência é definida como a quantidade de energia utilizada para aquecer o produto dividida pela quantidade de energiaornecida.Dados compilados de Farral (1979) e Whitmanm et al. (1981).


da combustão. Em sua forma mais simples, umsistema indireto consiste de um combustívelqueimando embaixo de uma placa de metal ese aquecendo pela energia radiada da placa. Otipo mais comum de sistema de aquecimentoindireto usado no processamento de alimen-tos é vapor ou água quente gerada em um tro-cador de calor (caldeira) afastado da área deprocessamento. Um segundo trocador de ca-lor transfere o calor do vapor para o alimentosob condições controladas, ou o vapor é inje-tado no alimento. Uma variação desse sistemaenvolve um outro trocador de calor que trans-fere calor do vapor para o ar a fim de secaralimentos ou aquecê-los sob condições secas.As vantagens do vapor para o aquecimento noprocesso e a descrição dos equipamentos utili-zados para a produção e manuseio de diferen-tes tipos de vapor são descritas por Farall(1979). As propriedades do vapor são discuti-das por Brennan e colaboradores (1990) eToledo (1999) e as temperaturas do vaporsaturado são mostradas no Capítulo 12 (Tabe-la 12.6).

O aquecimento elétrico indireto utilizaaquecedores com resistências ou aquecedorespor infravermelho. Aquecedores com resistên-cias são fios de níquel-cromo contidos em pla-cas sólidas ou bobinas, que são conectadas àsparedes do recipiente em camisas flexíveis querecobrem vasos ou em aquecedores de imersão,

que são mergulhados no alimento. Esses aque-cedores são utilizados para aquecimento loca-lizado ou intermitente. Aquecedores por infra-vermelho estão descritos no Capítulo 18.

1.4.4 Conservação de energia

Uma pesquisa em indústrias de alimen-tos na União Européia encontrou uma grandevariação no consumo de energia em diferentestipos de processamento; moinhos de trigo ti-veram o menor gasto de energia (586 MJ portonelada de produto), e o processamento decacau e chocolate teve o mais alto (8.335 MJpor tonelada de produto) (Whitmann et al.,1981). Uma comparação dos gastos de ener-gia em diferentes tipos de processamento debatatas é mostrada na Tabela 1.10.

Em todos os tipos de processamento de ali-mentos, a maior parte da energia (58%; varia-ção de 40 a 80%) é utilizada para o proces-samento propriamente dito, porém quantidadessignificativas são também empregadas para oempacotamento (11%; variação de 15 a 40%),transporte (12%; variação de 0,56 a 40%), águade limpeza (15%) e armazenagem (até 85% doconsumo geral de energia para alimentos conge-lados). Os combustíveis para caldeira contamcomo 8,6 a 97,2% do consumo total da fábrica,porém a utilização das caldeiras tem uma média

TABELA 1.10 Consumo comparativo de energia no processamento de batatas

Consumo de energia (MJ t-1)

Secagem Pouchescom ar quente Liofilizada Enlatada autoclaváveis Congelada

Processamento 8 42 6 4 5Embalagem 1 2 14 7 7Armazenagem 0,1 0,1 0,1 0,1 32(Casa) 0 0 0 0 (24)Transporte 2 2 8 8 8Total 11 46 28 19 52

Apresentada em Kelford (1982).

54 P. J. FELLOWS

de 45%, devido à prática de mantê-las em aque-cimento baixo durante os períodos de baixa taxade produção (p. ex., turnos vesperais e notur-nos). No entanto, em média, apenas metade docondensado é retornada à caldeira, e o calor con-tido nele é desperdiçado. Aproximadamente 40%do calor perdido nas fábricas estão contidos nosvapores e gases e outros 10 a 20% são perdidosem água quente (Whitman et al., 1981).

Fica claro a partir desses e outros dados(p. ex., Kefford, 1982) que, potencialmente, amaior economia de energia no processamentode alimentos está associada à operação da cal-deira, ao fornecimento de vapor ou ar quentee à reutilização de calor dissipado. Uma audi-toria de energia é usada para identificar áreasespecíficas e equipamentos na fábrica onde sepode efetuar uma economia de energia(Boardman, 1986). Em resumo, a operação decaldeiras pode ser melhorada por:

• retorno do condensado como água dealimentação;

• preaquecimento de ar para a queimade combustível;

• isolamento da caldeira; e• recuperação de calor dos vapores.

O controle computadorizado da operaçãode caldeiras é descrito por Wells e Swientek(1983). A economia de energia no fornecimen-to de vapor para a área de processamento podeser alcançada por:

• isolamento apropriado de tubulaçõesde vapor e água quente;

• minimização de vazamentos de vapor; e• encaixe de purgas de vapor.

Equipamentos de processamento são pro-jetados com o propósito de economizar ener-gia. Exemplos incluem regeneradores de calorem trocadores de calor (Delashmit et al., 1983)(exemplos nos Capítulos 10, 11, 16 e 17), sis-temas de múltiplo efeito ou recompressão dovapor (Capítulo 13) e descongelamento auto-mático e isolamento adequado de equipamen-tos de congelamento (Capítulos 19 a 21). Ocontrole por microprocessadores de equipa-mentos de processo (Capítulo 2) é usado am-plamente para reduzir o consumo de energia.A recuperação de calor do ar de secagem é maisdifícil do que de vapores, porque o ar não érecompressível. No entanto, alguns projetos detrocadores de calor são utilizados para recu-perar o calor perdido do ar ou de gases (p. ex.,a “polia térmica” na Figura 1.11).

Aplicações comerciais desse equipamen-to são descritas no Capítulo 15 (fornos de as-sar) e no Capítulo 16 (fritadores). Se a umida-de do ar é reduzida, ele é reaquecido com maiseconomia. A “polia rotatória” (Figura 1.12) eas bombas de calor são exemplos de equipa-mentos desumidificadores. Bombas de calor sãosimilares a plantas de refrigeração (veja Capí-tulo 19, Figura 19.1) mas operam pela remo-ção de calor de uma fonte de baixa temperatu-

FIGURA 1.11 Polia térmica. (Cortesia do Electricity Council.)

Duto de exaustão

Duto de fornecimento

Polia térmicaEntrada de ar fresco


ra, utilizando-a pra aquecer ar ou água. A apli-cação de bombas de calor para a secagem deconfeitos sob baixa temperatura é descrita porAnon. (1983a, b, c). O uso de lâminas de arpara a secagem de embalagens é descrita porAnon (1983d) e Beevers (1985). Outras técni-cas de economia de energia durante a desidra-tação são descritas por Senhaji e Bimbenet(1984), Flink (1977) e Green (1982).

1.4.5 Efeitos do calor nos microrganismos

O efeito preservativo do processamentocom calor é devido à desnaturação de proteí-nas que destroem a atividade enzimática e osmetabolismos controlados por enzimas nos mi-crorganismos. A taxa de destruição é uma rea-ção de primeira ordem; isto é, quando o ali-mento é aquecido a uma temperatura alta osuficiente para destruir microrganismoscontaminantes, a mesma porcentagem morreem um determinado intervalo de tempo, inde-pendentemente do número presente no come-ço. Isso é conhecido como ordem logarítmicade morte e é descrito pela curva da taxa deletalidade (Figura 1.13).

O tempo necessário para destruir 90% dosmicrorganismos (reduzir seu número por umfator de 10) é referido como tempo de redução

decimal ou valor D (5min na Figura 1.13). Va-lores de D variam para diferentes espéciesmicrobianas (Tabela 1.11), e um maior valorde D indica maior resistência ao calor.

Existem duas implicações importantesque surgem com o tempo de redução deci-mal: em primeiro lugar, quanto maior for onúmero de microrganismos presentes na ma-téria-prima, mais tempo leva-se para reduzi-los ao nível especificado. Em operações co-merciais, o número de microrganismos variaem cada batelada de matéria-prima, mas édifícil recalcular o tempo de processamentopara cada batelada de alimento. Portanto,utiliza-se uma combinação temperatura-tem-po definida para processar todas as bateladasde um certo produto, e procedimentos ade-quados de preparação (Capítulo 3) são utili-zados para garantir que a matéria-prima te-nha uma qualidade microbiológica satisfatóriae uniforme. Em segundo lugar, como a des-truição microbiana ocorre logaritmicamente,em tese, é possível destruir todas as célulassomente após um aquecimento por tempo in-finito. Assim, o processamento objetiva redu-zir o número de microrganismos sobreviven-tes por uma quantidade predeterminada. Comisso, surge o conceito de esterilidade comercial,que é discutida mais profundamente nos Ca-pítulos 10 a 12.

FIGURA 1.12 Polia rotatória. (Cortesia do Electricity Council.)

Vista do equipamento montado no te-lhado da sala de condicionamento

Ar de processo

Ar seco

Ar úmido

Aquecedorde ar

Ar de reativação

Detalhes da polia rotatória de Munters

56 P. J. FELLOWS

FIGURA 1.13 Curva da taxa de letalidade.

Nº

de e

spor

os s

obre

vive

ntes

Tempo de aquecimento (min)

0 5 10 15

D

1000

100

10

1

TABELA 1.11 Propriedades térmicas de alguns componentes nutritivos e sensoriais dos alimentos emrelação à resistência térmica de enzimas e microrganismos

Faixa deComponente Fonte pH z (°C) D121 (min) temperatura (°C)

Tiamina Purê de cenoura 5,9 25 158 109-149Tiamina Purê de ervilha Natural 27 247 121-138Tiamina Purê de cordeiro 6,2 25 120 109-149Lisina Farinha de soja - 21 786 100-127Clorofila a Espinafre 6,5 51 13,0 127-149Clorofila a Espinafre Natural 45 34,1 100-130Clorofila b Espinafre 5,5 79 14,7 127-149Clorofila b Espinafre Natural 59 48 100-130Antocianina Suco de uva Natural 23,2 17,8* 20-121Betanina Suco de beterraba 5,0 58,9 46,6* 50-100Carotenóides Páprica Natural 18,9 0,038* 52-65Peroxidase Ervilhas Natural 37,2 3,0 110-138Peroxidase Várias – 28-44 – –Clostridium botulinum, Vários >4,5 5,5-10 0,1-0,3* 104

esporos tipos A + BBacillus stearothermophilus Vários >4,5 7-12 4,0-5,0 110+

* Valores de D em temperaturas diferentes de 121°C.Adaptada de Felliciotti e Esselen (1957), Taira et al. (1966), Gupta et al. (1964), Ponting et al. (1960), von Elbe et al. (1974), Adams eYawger (1961), Esselen e Anderson (1956) e Stumbo (1973).


A destruição dos microrganismos depen-de da temperatura; as células morrem maisrapidamente em temperaturas elevadas. Co-tejando valores de D sob diferentes tempera-turas, pode-se construir uma curva de tempode destruição térmica (TDT) (Figura 1.14). Ainclinação da curva de TDT é denominadavalor z e definida pelo número de grausCelsius necessários para alterar 10 vezes otempo de redução decimal (10,5ºC na Figura1.14). Os valores D e z são utilizados paracaracterizar a resistência térmica de um mi-crorganismo e sua dependência da tempera-tura, respectivamente.

Existe um grande número de fatores quedetermina a resistência térmica dos microrga-nismos, mas afirmações gerais sobre o efeitode uma determinada variável na resistênciatérmica nem sempre são possíveis. Os fatoresadiante são considerados importantes.

1. Tipo de microrganismo. Diferentesespécies e variedades mostram am-pla variação em sua resistência tér-mica (Tabela 1.11). Os esporos sãomuito mais resistentes do que as cé-lulas vegetativas.

2. Condições de incubação durante ocrescimento de células ou a forma-ção de esporos. Estas incluem:

a) temperatura (esporos produzidosem temperaturas mais altas sãomais resistentes que os produzi-dos em baixas temperaturas);

b) idade da cultura (o estágio de cres-cimento das células vegetativasafeta sua resistência térmica); e

c) o meio de cultura utilizado (p.ex., sais minerais e ácidos graxosinfluenciam a resistência térmi-ca de esporos).

FIGURA 1.14 Curva TDT. A destruição microbiana é mais rápida em temperaturas mais elevadas (p.ex, 100min a 102,5°C tem o mesmo efeito letal que 10min a 113°C).

1

Tem

po d

e re

duçã

o de

cim

al D

(m

in)

Temperatura (°C)

90 100 110 120 130

Z

1000

100

10

58 P. J. FELLOWS

3. Condições durante o processamento tér-mico. As condições importantes são:a) o pH do alimento (bactérias pato-

gênicas e deteriorantes são ter-micamente mais resistentes per-to da neutralidade; mofos e le-veduras têm maior capacidadede tolerar condições mais ácidas,mas são menos resistentes do queesporos bacterianos ao calor);

b) a atividade de água do alimento(Seção 1.5) influencia a resistên-cia térmica das células vegeta-tivas; além disso, o calor úmidoé mais efetivo do que o ar secopara a destruição de esporos;

c) a composição do alimento (pro-teínas, gorduras e altas concen-trações de açúcar aumentam aresistência térmica dos microrga-nismos; a baixa concentração decloreto de sódio utilizada namaioria dos produtos alimentí-cios não possui um efeito signifi-cativo; o estado físico do alimen-to, particularmente a presença decolóides, afeta a resistência tér-mica das células vegetativas); e

d) as condições do meio de cresci-mento e incubação utilizadas paraavaliar a recuperação de micror-ganismos em estudos de resistên-cia térmica afetam o número desobreviventes observado.

A maioria das enzimas possui valores deD e z dentro de uma faixa similar à dos micror-ganismos, sendo inativadas durante o proces-samento térmico normal. No entanto, algumasenzimas são muito resistentes ao calor. Isso éimportante sobretudo em alimentos ácidos, nosquais elas podem não ter sido completamentedesnaturadas pelos tratamentos térmicos rela-tivamente curtos em temperaturas mais baixasnecessários para a destruição microbiana. Osfatores que influenciam a resistência térmicade enzimas são similares aos descritos para os

microrganismos e estão discutidos em detalheem Whitaker (1972).

A resistência térmica de enzimas e/ou mi-crorganismos encontrados em um alimento es-pecífico é utilizada para calcular as condições deaquecimento necessárias para sua destruição. Naprática, o microrganismo ou enzima mais resis-tente ao tratamento térmico, possível de ocorrerem um determinado alimento, é utilizado comobase para o cálculo das condições de processo.Presume-se que outras espécies menos resisten-tes ao tratamento térmico também são destruídas.Métodos para o cálculo do tempo de proces-samento são discutidos no Capítulo 12.

1.4.6 Efeitos do calor nas característicasnutricionais e sensoriais

A destruição de muitas vitaminas, com-postos aromáticos e pigmentos pela tempera-tura segue uma reação de primeira ordem, si-milar à destruição microbiana. Exemplos devalores de D e z de algumas vitaminas e pig-mentos são mostrados na Tabela 1.11. Emgeral, ambos os valores são mais altos do queaqueles para os microrganismos e enzimas.Como conseqüência, as propriedades senso-riais e nutricionais são melhor retidas pelo usode altas temperaturas e tempos mais curtosdurante o processamento térmico. Por isso, épossível selecionar combinações específicas detempo-temperatura a partir da curva de TDT(todas atingindo o mesmo nível de destrui-ção enzimática ou microbiana) para otimizaro processo em relação à retenção de nutrien-tes ou preservação de qualidades sensoriaisdesejadas. Esse conceito forma a base do bran-queamento rápido individualizado (Capítulo10), da pasteurização HTST (high tempera-ture-short time – alta temperatura – curto tem-po [Capítulo 11]), esterilização em tempera-turas ultra-altas (UHT) (Capítulo 12) eextrusão HTST (Capítulo 14). A perda de nu-trientes e alterações na qualidade sensorialdurante o processamento são discutidas nosCapítulos 10 a 18.


1.5 ATIVIDADE DE ÁGUA

A deterioração de alimentos por micror-ganismos pode acontecer rapidamente, ao pas-so que as reações enzimáticas e químicas ocor-rem de modo mais lento durante a armazena-gem. Em ambos os casos, o teor de água é umfator muito importante no controle da taxa dedeterioração. O teor de umidade dos alimentospode ser expresso em base úmida:

quando expressar um resultado. A base úmidaé a utilizada neste texto, a menos que tenhaalguma observação em contrário.

Apenas o conhecimento do teor de umida-de não é suficiente para predizer a estabilidadede um alimento. Alguns alimentos são instáveiscom um baixo teor de umidade (p. ex., o óleo deamendoim deteriora-se caso a umidade excedaa 0,6%), enquanto outros alimentos são estáveiscom teores de umidade relativamente altos (p.ex., amido de batata a 20% de umidade) (vanden Berg, 1986). A disponibilidade da água paraa atividade microbiológica, enzimática ou quí-mica é que determina a vida de prateleira de umalimento, e isso é medido pela atividade de água(aa) do alimento, também conhecida como pres-são de vapor relativa (PVR).

Exemplos de operações unitárias que re-duzem a disponibilidade de água em alimen-tos incluem aqueles que removem fisicamentea água (desidratação [Capítulo 15], evapora-ção [Capítulo 13] e liofilização ou concentra-ção por congelamento [Capítulo 22]) e aque-les que imobilizam a água no alimento (p. ex.,pelo uso de umectantes em alimentos de umi-dade intermediária e pela formação de cristaisde gelo no congelamento [Capítulo 21]). Exem-plos de teor de umidade e aa de alimentos sãomostrados na Tabela 1.12, e o efeito da aa re-

m = massa de águamassa de amostra + sólidos

x 100 1.29

m =massa de água

massa de amostrax 100 1.28

Ou em uma base seca

m = massa de águamassa de sólidos

x 100 1.30

(Lewis, 1990).A base seca é mais utilizada para os cál-

culos de processamento, enquanto a base úmi-da é freqüentemente relacionada em tabelasde composição de alimentos. No entanto, é im-portante observar qual o sistema utilizado

TABELA 1.12 Teor de umidade e atividade de água de alimentos

Alimento Teor de umidade (%) Atividade de água Grau de proteção necessário

Gelo (0°C) 100 1,00a

Carne fresca 70 0,985Pão 40 0,96 Embalagem para prevenir perda de umidadeGelo (-10°C) 100 0,91a

Geléia 35 0,86Gelo (-20°C) 100 0,82a

Farinha de trigo 14,5 0,72Gelo (-50°C) 100 0,62a Proteção mínima ou nenhuma embalagem

necessáriaPassas 27 0,60Massas 10 0,45

Cacau 0,40Doces fervidos 3,0 0,30Biscoitos 5,0 0,20 Embalagem para prevenir absorção deLeite desidratado 3,5 0,11 umidadeChips de batata 1,5 0,08

aPressão de vapor do gelo dividida pela pressão de vapor d’água.Adaptada de Troller e Christian (1978), van den Berg (1986) e Brenndorfer et al. (1995).

60 P. J. FELLOWS

duzida na estabilidade está mostrado na Tabe-la 1.13.

A água exerce uma pressão de vapor nosalimentos, a qual depende:

• da quantidade de água presente;• da temperatura; e• da concentração dos solutos dissolvi-

dos (particularmente sais e açúcares)na água.

A atividade de água é definida como “arazão da pressão de vapor da água no alimen-to e a pressão de vapor saturada da água namesma temperatura” (Equação 1.31):

o teor de umidade por meio de diversas equa-ções, incluindo a seguinte:

TABELA 1.13 Importância da atividade de água nos alimentos

aa Fenômeno Exemplo

1,00 Alimentos frescos altamente perecíveis0,95 Inibição de Pseudomonas, Bacillus, Clostridium Alimentos com 40% de sacarose ou 7% de sal, salsichas

perfringens e outras leveduras cozidas, pão0,90 Limite inferior para o crescimento microbiano Alimentos com 55% de sacarose, 12% de sal, presunto

(geral), inibição de Salmonella, Vibrio curado, queijos levemente maturados.parahaemolyticus, Clostridium botulinum, Alimentos com umidade intermediária (aa = 0,90 – 0,55)Lacotobacillus e algumas leveduras e fungos

0,85 Inibição de muitas leveduras Alimentos com 65% de sacarose, 15% de sal, salame,queijo maturado, margarina

0,80 Limite inferior para a maioria das atividades Farinha, arroz (15 a 17% de água), bolo de frutas, leiteenzimáticas e crescimento da maioria dos condensado, xaropes de frutas, glacêfungos; inibição de Straphlococcus aureus

0,75 Limite inferior para bactérias halofílicas Marzipã (15 a 17% de água), doces de frutas0,70 Limite inferior para o crescimento da maioria

dos fungos xerofílicos0,65 Velocidade máxima para a reação de Maillard Flocos de aveia (10% de água), caramelo, melados, nozes0,60 Limite inferior para o crescimento de leveduras Frutas desidratadas (15 a 20 % de água), balas de cara-

e fungos osmofílicos ou xerofílicos melo (8% de água), mel0,55 O ácido desoxirribonucléico torna-se desordenado

(limite inferior para continuação da vida)0,50 Alimentos desidratados (aa = 0 a 0,55), temperos, massas0,40 Velocidade mínima de oxidação Ovo integral em pó (5% de água)0,30 Cream crackers, farinha de pão (3 a 5% de água)0,25 Resistência máxima ao calor de esporos

bacterianos0,20 Leite integral em pó (2 a 3% de água), vegetais desidrata-

dos (5% de água), sucrilhos (5% de água)

aa =PP0

onde P (Pa) = pressão de vapor do alimento,P0 = (Pa) = pressão de vapor da água pura namesma temperatura. A aa está relacionada com

1.31

aa

M (1 – aa)=

1

M1C+

C – 1

M1Caa 1.32

onde aa = atividade de água, M = umidadecomo percentual do peso seco, M1 = umidade(base seca) de uma camada monomolecular eC = constante. Um cálculo de exemplo é des-crito por Karel (1975).

Uma proporção do total de água está for-temente ligada a pontos específicos (p. ex., gru-pos hidroxila de polissacarídeos, gruposcarbonila e amino de proteínas e pontes de hi-drogênio). Quando todos os pontos estão (es-tatisticamente) ocupados por água absorvida,o teor de umidade é chamado de valor demonocamada de BET (Brunauer-Emmett-Teller)(Fennema, 1996). Exemplos típicos incluem


gelatina (11%), amido (11%), lactose amorfa(6%) e leite integral seco em secador de spray(3%). O valor de monocamada de BET repre-senta o teor de umidade no qual o alimentoestá em seu estado mais estável. Em teores deumidade abaixo desse nível, existe uma maiortaxa de oxidação de gorduras e, em teores maisaltos, ocorre o escurecimento por Maillard eatividades enzimáticas e microbiológicas sãoestimuladas (Figura 1.15).

O movimento do vapor d’água de um ali-mento para o ambiente depende tanto do ali-mento (teor de umidade e composição) como

das condições do ar (temperatura e umidade).Sob uma temperatura constante, o teor de umi-dade do alimento altera-se até entrar em equilí-brio com o vapor d’água no ar circundante. Oalimento, então, não ganha nem perde peso naarmazenagem nessas condições. Isso é chamadode teor de umidade de equilíbrio do alimento, e aumidade relativa da atmosfera de armazenagemé conhecida como umidade relativa de equilíbrio.Quando diferentes valores de umidade relativasão plotados em relação ao teor de umidade deequilíbrio, obtém-se uma curva chamada isotermade sorção de água (Figura 1.16).

FIGURA 1.15 Efeito da atividade de água nas alterações microbianas, enzimáticas e químicas nosalimentos. (Baseada em Karel, 1975.)

0,5

Taxa

rel

ativ

a de

det

erio

raçã

o (m

áx =

1,0

)

Oxidação

Escurecimento

Atividadeenzimática

Crescimento de mofos

CrescimentobacterianoProdução detoxinas

Atividade de água

1,0

0,5

01,0

0,5

01,0

0,5

01,0

01,0

0,5

00,2 0,4 0,6 0,8 1,0

62 P. J. FELLOWS

Cada alimento possui um conjunto parti-cular de isotermas de sorção sob diferentes tem-peraturas. A forma precisa dessas isotermas éresultado de diferenças na estrutura física, com-posição química e quantidade de água ligadano alimento, apesar disso todas elas possuemuma forma característica, similar à mostradana Figura 1.16. A primeira parte da curva, atéo ponto A, representa a água da monocamada,que é muito estável, não-congelável e não-re-movível por secagem. A segunda, a parte rela-tivamente reta da curva (AB), representa a águaadsorvida nas múltiplas camadas dentro doalimento e soluções de componentes solúveis.A terceira porção (acima do ponto B) é água“livre” condensada dentro da estrutura capilarou nas células do alimento. Ela está mecanica-mente presa dentro do alimento e é mantidaapenas por forças fracas, sendo facilmente con-gelada ou removida pela secagem, como indi-cado pela inclinação acentuada da curva. Aágua livre está disponível para o crescimentomicrobiano e atividade enzimática, e o alimentoque possui um teor de umidade acima do pon-to B na curva está propenso a deterioração.

A isoterma de sorção indica a aa na qualo alimento é estável e permite previsões doefeito de alterações do teor de umidade na aa

e, como conseqüência, na estabilidade da ar-mazenagem. Ela é utilizada para determinar ataxa e a capacidade de secagem (Capítulo 15),as temperaturas ideais de armazenagem con-gelada (Capítulo 21) e as propriedades de bar-

reira à umidade necessárias para os materiaisde embalagem (Capítulo 24).

A taxa de mudança da aa em umaisoterma de sorção difere dependendo de aumidade ser removida do alimento (desorção)ou adicionada ao alimento seco (absorção) (Fi-gura 1.16). Isso é denominado loop de histerese.A diferença é grande em alguns alimentos (p.ex., arroz) e é importante, por exemplo, na de-terminação da proteção necessária contra oganho de umidade.

1.5.1 Efeitos da aa nos alimentos

Os efeitos da aa em reações microbiológicase em algumas biológicas são mostrados na Figu-ra 1.15 e na Tabela 1.13. Quase toda atividademicrobiana é inibida abaixo da aa = 0,6, e a maio-ria dos fungos, das leveduras e das bactérias éinibida, respectivamente, abaixo de aa = 0,7, aa

= 0,8 e aa = 0,9. A interação da aa com tempera-tura, pH, oxigênio e dióxido de carbono ouconservantes químicos tem um efeito importan-te na inibição do crescimento microbiano. Quan-do qualquer uma das outras condições ambientaisé subótima para um determinado microrganis-mo, o efeito da aa reduzida aumenta. Isso permi-te a combinação de vários mecanismos de con-trole mais suaves, que resultam na preservaçãodo alimento sem perdas substanciais do valornutricional ou características sensoriais (Tabela1.14) (veja Seção 1.8.2).

FIGURA 1.16 Isotermas de sorção de água.

0

Teor

de

umid

ade

(%)

Desorção

Adsorção

Umidade relativa (%)

25

20

15

10

5

20 40 60 80 100

C


A atividade enzimática praticamente ces-sa em valores de aa abaixo do valor demonocamada de BET. Isso se deve à baixa mo-bilidade do substrato e sua inabilidade paradifundir-se até o ponto reativo da enzima. Mu-danças químicas são mais complexas. As duasreações mais importantes que ocorrem em ali-mentos com baixa aa são o escurecimento porMaillard e oxidação dos lipídeos. A aa que cau-sa a maior taxa de escurecimento varia paradiferentes alimentos. No entanto, em geral,uma aa baixa restringe a mobilidade dosreagentes e o escurecimento é reduzido. Já emaa mais altas, ele atinge seu máximo. A água éum produto da reação de condensação noescurecimento e, em níveis de umidade maisaltos, este é diminuído por “inibição por pro-dutos finais”. Em teores de umidade mais al-tos, a água dilui os reagentes, e a taxa deescurecimento cai.

A oxidação de lipídeos ocorre em aa bai-xa devido à ação dos radicais livres. Acima dovalor de monocamada de BET, antioxidantes eagentes quelantes (que seqüestram catalisa-dores de metal residual) tornam-se solúveis ereduzem a taxa de oxidação. Em valores de aa

mais altos, a atividade catalítica dos metais éreduzida por hidratação e formação dehidróxidos, porém, em valores altos, catalisa-dores de metal tornam-se solúveis, e a estrutu-ra do alimento incha-se para expor pontos maisreativos (Figura 1.15).

1.6 EFEITOS DO PROCESSAMENTO NASCARACTERÍSTICAS SENSORIAIS DOSALIMENTOS

Existe uma variedade de definições sobre“qualidade” de alimentos, as quais são discuti-das por Cardello (1998). Para o consumidor,os atributos de qualidade mais importantes sãosuas características sensoriais (textura, sabor,aroma, forma e cor). Elas determinam a prefe-rência individual por produtos específicos, epequenas diferenças entre marcas de produtossimilares podem ter uma influência substanci-al na aceitação. Um objetivo contínuo dos fa-bricantes de alimentos é buscar melhorias noprocessamento que retenham ou criem quali-dades sensoriais desejáveis ou reduzam os da-nos causado pelo processamento. Exemplosdesses melhoramentos são descritos nos capí-tulos subseqüentes.

1.6.1 Textura

A textura de um alimento é determinadaprincipalmente pelos teores de umidade e gor-dura, pelos tipos e quantidades de carboidratosestruturais (celulose, amidos, materiaispécticos) e pelas proteínas presentes. Altera-ções na textura são causadas pela perda deumidade ou gordura, formação ou quebra deemulsões e géis, hidrólise de carboidratos

TABELA 1.14 Interação da aa, do pH e da temperatura em alguns alimentos

Alimento pH aa Vida de prateleira Observações

Carne fresca > 4,5 > 0,95 Dias Conservada por refrigeraçãoCarne cozida > 4,5 0,95 Semanas Armazenagem ambiente quando embaladaSalsichas secas > 4,5 < 0,90 Meses Conservada por sal e aa baixaHortaliças frescas > 4,5 > 0,95 Semanas “Estável” enquanto respirarPicles < 4,5 > 0,90 Meses Baixo pH mantido por embalagemPão > 4,5 > 0,95 DiasBolo de frutas > 4,5 < 0,90 Semanas Conservado por calor e baixa aaLeite > 4,5 > 0,95 Dias Conservado por refrigeraçãoIogurte < 4,5 < 0,95 Semanas Conservado por baixo pH e refrigeraçãoLeite em pó > 4,5 < 0,90 Meses Conservado por baixa aa

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poliméricos e coagulação ou hidrólise de proteí-nas. Informações detalhadas sobre as caracterís-ticas texturais dos alimentos são fornecidas porMohsenin (1980), Lewis (1990) e Szczesniak(1983). O efeito da composição dos alimentos eda estrutura na textura está descrito por Stanleye Tung (1976) e Sherman (1976).

1.6.2 Gosto, sabor e aroma

Atributos de gosto consistem de salgado,doce, amargo e ácido, e alguns desses atribu-tos podem ser detectados em limites muitobaixos nos alimentos (Tabela 1.15). O sabor éamplamente determinado pela formulação uti-lizada para um alimento em particular e nãoé, na maioria dos casos, afetado pelo proces-samento. Exceções a isso incluem aumento dadoçura devido a mudanças respiratórias emalimentos frescos (Capítulo 19) e alterações naacidez ou na doçura durante a fermentação dealimentos (Capítulo 7). Alimentos frescos con-têm misturas complexas de composto voláteis,que dão aromas e sabores característicos, al-guns detectáveis mesmo em concentrações ex-

tremamente baixas (Tabela 1.15). Esses com-postos podem ser perdidos durante o proces-samento, o que reduz a intensidade dos aro-mas ou revela outros compostos de aroma/sa-bor. Compostos aromáticos voláteis tambémsão produzidos pela ação do calor, da radiaçãoionisante, da oxidação ou da atividadeenzimática em proteínas, gorduras e carboidra-tos. Exemplos incluem a reação de Maillardentre aminoácidos e açúcares redutores, ougrupos carbonila e produtos da degradação delipídeos (Capítulo 16), ou hidrólise de lipídeosem ácidos graxos e subseqüente conversão emaldeídos, ésteres e álcoois. Os aromas percebi-dos nos alimentos resultam de combinaçõescomplexas de muitas centenas de compostos,algumas das quais atuam sinergeticamente(Maruniak e MacKay-Sim, 1984). Além disso,o sabor percebido nos alimentos é influencia-do pela taxa em que os compostos aromáticossão liberados durante a mastigação e, portan-to, é muito associado com a textura dos ali-mentos e com a taxa de quebra da estruturado alimento durante a mastigação (Clark,1990). Pesquisas sobre a liberação de aromassão descritas por Wyeth e Kilcast (1991) e

TABELA 1.15 Limites de detecção para componentes básicos em alimentos

Composto Sabor ou aroma Limite de detecção

Compostos de saborÁcido hidroclorídrico Azedo 0,0009 NÁcido cítrico Azedo 0,0016 NÁcido láctico Azedo 0,0023 NCloreto de sódio Salgado 0,01 MCloreto de potássio Amargo/salgado 0,017 MSacarose Doce 0,01 MGlicose Doce 0,08 MSacarina sódica Doce 0,000023 MSulfato de quinino Amargo 0,000008 MCafeína Amargo 0,0007 M

Compostos de aromaCitral Limão 0,000003 mg/LLimoneno Limão 0,1 mg/LÁcido butírico Manteiga rançosa 0,009 mg/LBenzaldeído Amêndoas amargas 0,003 mg/LEtil acetato Frutal 0,0036 mg/LSalicilato de metila Ciprestes 0,1 mg/LSulfeto de hidrogênio Ovo podre 0,00018 mg/LAcetato de amila Óleo de banana 0,039 mg/LSafrol Açafrão 0,005 mg/LEtil mercaptano Repolho podre 0,00000066 mg/L

De Cardello (1998).


Plattig (1984), e descrições mais detalhadasda produção de compostos aromáticos ou per-da de compostos naturalmente presentes nosalimentos são dadas por Lindsay (1996) e noscapítulos subseqüentes.

1.6.3 Cor

Métodos para avaliar a cor e a aparênciados alimentos são descritos por MacDougall(1984). Muitos pigmentos naturais são destruí-dos pelo processamento térmico e alteradosquimicamente por mudanças no pH ou poroxidação durante a armazenagem (Tabela1.16). Como conseqüência, os alimento pro-cessados podem perder sua coloração caracte-rística e, assim, seu valor. Pigmentos sintéticos(Apêndice C) são mais estáveis ao calor, à luze a mudanças no pH e são, por isso, adiciona-dos para manter a cor de alguns alimentos pro-cessados. Detalhes de alterações em pigmen-tos naturais estão descritos nos Capítulos 10 a17. O escurecimento por Maillard é uma causaimportante tanto de alterações desejáveis nacoloração dos alimentos (p. ex., em assadosou frituras [Capítulos 16 e 17]) quanto do de-

senvolvimento de cores indesejáveis (p. ex., du-rante o processamento térmico e a secagem[Capítulos 12 e 15]).

1.7 EFEITOS DO PROCESSAMENTONAS PROPRIEDADES NUTRICIONAIS

Muitas operações unitárias, especialmen-te aquelas que não envolvem calor, possuempouco ou nenhum efeito na qualidade nutri-cional dos alimentos. Exemplos incluem mistu-ra, limpeza, seleção, liofilização e pasteuriza-ção. Operações unitárias que intencionalmenteseparam componentes dos alimentos (Capítu-los 3, 4 e 6) alteram a qualidade nutricional decada fração comparada com a matéria-prima. Aseparação não-intencional de nutrientes solú-veis em água (minerais, vitaminas solúveis emágua e açúcares) também ocorre em algumasoperações unitárias (p. ex., branqueamento [Ca-pítulo 10], e em perdas por gotejamento de as-sados ou alimentos congelados [Capítulos 16 e21]).

O processamento térmico é a maior causade alterações nas propriedades nutricionais dealimentos. Por exemplo, a gelatinização de ami-

TABELA 1.16 Pigmentos naturais em alimentos

Solúvel emágua ou

Pigmento Fonte típica óleo Ao calor À luz Ao oxigênio A alterações de pH

Antocianinas Frutas Água Alta Alta Alta BaixaBetalaína Beterraba Água Moderada Alta Alta AltaBixina Casca da Óleo Moderada a Baixa Alta –

semente de baixaBixa orellana

Canxantina Óleo Moderada Moderada Moderada ModeradaCaramelo Açúcares Água Alta Alta Alta Alta

aquecidosCarotenos Folhas Óleo Moderada a baixa Baixa Baixa AltaClorofila Folhas Água Alta Alta Alta BaixaCochonilhaa Inseto Água Alta Alta – Moderada a alta

(Dactylopiuscoccus)

Cúrcuma Turmérico Água Baixa Baixa Baixa –Norbixina Veja bixina Água Moderada a baixa Baixa Alta –Oximioglobina Animais Água Baixa – Alta BaixaPolifenóis Folhas de chá Água Alta Alta Alta AltaQuinonas Raízes, cascas Água Alta Moderada – Moderada

de árvoresXantofilas Frutas Água Moderada Alta Alta Baixa

a Como laca de alumínio.De Zapsalis (1985) e Coultate (1984).

Estabilidade

66 P. J. FELLOWS

dos e a coagulação de proteínas melhoram suadigestibilidade, e compostos antinutricionais (p.ex., o inibidor de tripsina em leguminosas) sãodestruídos. No entanto, o calor também destróialguns tipos de vitaminas termolábeis (Figura1.17), reduz o valor biológico de proteínas (de-vido à destruição de aminoácidos ou a reaçõesde escurecimento não-enzimático) e promove aoxidação de lipídeos. Os efeitos do calor em pro-teínas e lipídeos são descritos em detalhes porMauron (1982), e Witting e Dimick (1982), res-pectivamente.

A oxidação é a segunda causa mais im-portante de mudanças nutricionais nos alimen-tos. Ela ocorre quando o alimento é expostoao ar (p. ex., na redução de tamanho ou seca-gem por ar quente [Capítulos 4 e 15]) ou comoresultado da ação do calor ou enzimasoxidativas (p. ex., peroxidase ou lipoxigenase).Os principais efeitos da oxidação são:

• a degeneração de lipídeos em hidrope-róxidos e subseqüentes reações paraformar uma grande variedade do com-postos carbonílicos, compostos hidro-xílicos e ácidos graxos de cadeia curtae em óleos de fritura para compostostóxicos (Capítulo 17); e

• a destruição de vitaminas sensíveis aooxigênio (Figura 1.17 e Apêndice A).

Alterações em lipídeos são discutidas porZapsalis e Beck (1985), e uma discussão daspropriedades de vitaminas e perdas durante oprocessamento é encontrada em Bender (1978),Harris e Karmas (1975) e De Ritter (1982).

Exemplos de perdas de vitaminas causadas poroperações unitárias são individualmente des-critos nos próximos capítulos.

A importância da perda de nutrientes du-rante o processamento depende do valornutricional de um alimento particular na die-ta. Alguns alimentos (p. ex., pão, batatas e lei-te em países ocidentais e arroz e milho em paí-ses orientais e em desenvolvimento) são fon-tes importantes de nutrientes para um grandenúmero de pessoas. Perdas de vitaminas são,portanto, mais significativas nesses alimentosdo que naqueles consumidos em pequenasquantidades ou que possuem uma baixa con-centração de nutrientes.

Em países industrializados, a maioria dapopulação obtém um fornecimento adequadode nutrientes a partir da mistura de alimentosque são consumidos. Perdas devidas aoprocessamento de um componente da dieta são,portanto, insignificantes à saúde de um indiví-duo a longo prazo. Em um exemplo descrito porBender (1987), refeições completas que inicial-mente continham 16,5 mg de vitamina A perdi-am 50% no enlatamento e 10% após armaze-nagem por 18 meses. Apesar de a perda pare-cer significativa, a refeição original continhaapenas 2% da dose diária recomendável (DDR),e a extensão da perda é, portanto, de mínimaimportância. A mesma refeição continha 9 mgde tiamina e perdia 75% após 18 meses de ar-mazenagem. O teor de tiamina é 10 vezes oDDR, logo, quantidades adequadas ainda per-maneciam. Possíveis exceções são as necessida-des dietéticas especiais de bebês, mulheres grá-vidas e idosos. Nesses grupos, pode haver uma

FIGURA 1.17 Estabilidade de vitaminas nos alimentos

A D E K C Complexo Be ácido pantotênico

Destruída Aumentada Destruída por Muito estável Destruída por –por luz na luz gordura ar, enzimas,

ultravioleta ultravioleta rançosa luz ultravioleta,e ar ferro e cobre

Instável Mais estávelao calor ao calorEstáveis ao calor, normalmente não são afetadas pelo processamento

térmico

Lixiviadas, destruídas por álcalis,estáveis em ácido


necessidade especial de certos nutrientes ou umadieta mais restrita que a normal. Esses casosespeciais são discutidos detalhadamente porWatson (1986) e Francis (1986).

O tema sobre perdas reportadas de vita-minas durante o processamento faz parte doscapítulos seguintes para dar uma indicação dequão severa é cada operação unitária. No en-tanto, esses dados devem ser tratados com cau-tela. Variações em perdas de nutrientes entrecultivares ou variedades podem exceder as di-ferenças causadas por métodos alternativos deprocessamento. Condições de crescimento ouprocedimentos de manipulação e preparaçãoantes do processamento também causam vari-ações substanciais na perda de nutrientes. Da-dos de alterações nutricionais não podem seraplicados diretamente a operações comerciaisdevido a diferenças nos ingredientes, nas con-dições de processamento e nos equipamentosutilizados pelos diferentes produtores.

1.8 SEGURANÇA ALIMENTAR, BOASPRÁTICAS DE FABRICAÇÃO EGARANTIA DA QUALIDADE

Tradicionalmente, sistemas de controle daqualidade eram baseados na inspeção de umproduto em vários pontos de uma linha deprocessamento, com a rejeição de qualquer pro-duto que não atendesse aos padrões estabele-cidos. Essa abordagem reativa em qualidadedos alimentos focalizava principalmente atestagem do produto final, o que é atualmentereconhecido como um desperdício de recursos(recursos já gastos na produção do alimentono momento que ele é testado e rejeitado, oque significa uma perda financeira). Uma abor-dagem mais proativa e preventiva em seguran-ça alimentar e gerenciamento da qualidade,denominada “Garantia da Qualidade”, foi de-senvolvida durante a década de 1980, basea-da nos princípios de Boas Práticas de Fabrica-ção (BPF) (Anon., 1998). Seu objetivo é ga-rantir que a qualidade e a sanidade sejammantidas ao longo do processo e, assim, evitara rejeição do produto e a perda financeira.

As pressões para esse desenvolvimentotiveram de duas influências: primeiro, comer-ciais, incluindo:

• aumento na competição entre compa-nhias;

• necessidade de acesso a mercados ali-mentícios nacionais e internacionais; e

• sistemas de gerenciamento da quali-dade exigidos pelas redes de comercia-lização.

Todos esses aspectos exigiam um sistemaefetivo de monitoração e controle do alimentopara fiscalizar os recursos e garantir que ali-mentos seguros e de alta qualidade fossem fa-bricados, e conduziram para o conceito deGerenciamento de Qualidade Total (GQT). Emsegundo lugar, novas legislações exigiam sis-temas que poderiam tanto manter a qualidadee a sanidade como provar que a empresa asmantém sob controle. A legislação inicial degarantia da qualidade (padrões BS 5750/ BSEN ISO 9000) foi expandida para poder consi-derar todos os tipos de negócios. O objetivo doGQT é fazer com que as companhias definame entendam todos os seus processos, paraimplementar controles, monitorar desempe-nhos e medir melhorias. O padrão BS 7850define o GQT como “uma filosofia de gerencia-mento e práticas empresariais que objetivamempregar os recursos humanos e materiais deuma organização da maneira mais objetivapossível para atingir os seus objetivos”. Esseconceito leva em consideração padrões dife-rentes para as operações de produção e de de-senvolvimento de novos produtos (BS EN ISO9001), instalações de produção (BS EN ISO9002), gerenciamento ambiental e de resídu-os (ISO 14001, também Capítulo 26), direitos,saúde e segurança do trabalhador (BS 8800),gerenciamento de laboratórios (EN 45000),bem como qualidade e segurança alimentar.

Como parte do programa de GQT, os fa-bricantes de alimentos também devem consi-derar as necessidades de um outro sistema degerenciamento da segurança alimentar deno-minado APPCC (Análise de Perigos e Pontos

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Críticos de Controle), que foi desenvolvido peloCodex Alimentarius. Ele fornece as medidas decontrole básico necessárias para compreenderos mecanismos de produção de um alimentoseguro e a base para a criação de sistemas decontrole de produção para a garantia da quali-dade. Uma grande mudança na direção de umamaior ênfase nas legislações internacional, emdetrimento das nacionais, aconteceu em 1994,quando um acordo do GATT2 recomendou aaceitação da APPCC como um padrão necessá-rio para a livre movimentação internacional dealimentos. A OMC agora avalia tanto as bar-reiras técnicas quanto os controles comerciaise sanitários, com referência aos padrões deAPPCC do Codex (Mitchell, 1996).

Mais recentemente, no Reino Unido, oConsórcio Britânico de Varejo (British RetailConsortium) emitiu o “Padrão Técnico paraCompanhias Fornecedoras de Alimentos comMarca de Varejo”, que está sendo utilizadocomo um padrão definitivo para fornecedorese forma a base de seus contratos de negócios(Rose, 2000). Ele cobre seis áreas básicas: sis-temas de APPCC, sistemas de gerenciamentode qualidade, padrões ambientais industriais,controle do produto, controle do processo econtrole de pessoal. Ele é implementado pormeio de grupos de inspeção terceirizados (p.ex., o Serviço de Inspeção Europeu de Segu-rança Alimentar – European Food SafetyInspection Service [EFSIS]).

O GQT é, portanto, algo mais amplo doque apenas controle da qualidade, é uma filo-sofia de gerenciamento que busca melhorar con-tinuamente a efetividade e a competitividadeda empresa como um todo. Ele é um sistemaintegrado, que garante que todas as áreas donegócio sejam controladas, para permitir aosconsumidores receber consistentemente produ-tos de qualidade que vão ao encontro de suasnecessidades e expectativas. A abordagem re-quer responsabilidade coletiva e comprometi-mento em todos os níveis do negócio, o que sópode ser atingido por meio de relações de con-fiança no trabalho e boa comunicação. Siste-mas de gerenciamento da qualidade são nor-malmente desenvolvidos com referência a pa-drões internacionais ou padrões legislativos es-pecíficos (p. ex., o Padrão Europeu 91/493 para

produtos de pescado). No entanto, qualquerpadrão de referência é somente uma base so-bre a qual a companhia constrói seus própriospadrões de desempenho para atender aos re-quisitos da lei e dos consumidores e as suas pró-prias necessidades.

Em linhas gerais, um sistema de GQT co-bre as seguintes áreas:

• Compra e controle de matérias-primas(incluindo especificações predefinidas,auditoria dos fornecedores, armazena-gem das matérias-primas, controle deestoque, rastreabilidade, inspeção, in-vestigação de não-conformidade àsespecificações).

• Controle do processo (incluindo iden-tificação, verificação e monitoração depontos críticos de controle em um es-quema de APPCC, projeto higiênico daplanta e de leiaute para minimizarcontaminação cruzada, planilhas delimpeza, registro de dados críticos deprodução, procedimentos de amostra-gem e planos de contingência paracobrir assuntos de segurança).

• Instalações (incluindo métodos deconstrução para minimizar contami-nação, manutenção e descarte de re-síduos).

• Controle da qualidade (incluindoespecificações do produto e padrõesde qualidade para aspectos não-rela-cionados à segurança, monitoração everificação da qualidade antes da dis-tribuição).

• Pessoal (incluindo treinamento, higie-ne pessoal, uniformes e seleção médi-ca).

• Produto final (incluindo tipos e níveisde inspeção para determinar confor-midade com as especificações de qua-lidade, isolamento de produtos foradas normas, inspeção de empacota-mento, registros de inspeção, sistemasde monitoração de reclamações).

• Distribuição (para manter a integrida-de do produto ao longo da cadeia, arastreabilidade do lote e os sistemasde recolhimento de produto).


Mann e Adebanjo (1997) e Rose (2000)produziram revisões sobre GQT, e Dillon (1999)descreveu uma abordagem prática para iniciarprojetos de GQT em pequenas empresas.

Um sistema de GQT exige que a compa-nhia tenha um nível de organização degerenciamento que a permita atingir os objeti-vos de GQT. A companhia deve:

• ter uma estrutura organizacional de-finida;

• definir claramente autoridade e divi-são de responsabilidades;

• definir procedimentos;• interligar os componentes do sistema;• preparar a documentação básica; e• alocar recursos suficientes para imple-

mentar o sistema (Dillon e Griffith,1996).

Rose (2000) enfatizou a necessidade decomprometimento da gerência sênior à imple-mentação de um sistema de GQT e a necessi-dade de gerentes seniores revisarem e atuali-zarem a efetividade dos sistemas em uso. Osprocedimentos para introduzir um sistema degerenciamento da qualidade incluem:

• desenvolvimento de métodos de au-ditoria;

• procedimentos de ação corretiva;• procedimentos para revisão gerencial; e• documentação do sistema.

A implementação efetiva demanda o usocombinado de todos os recursos, incluindo aspessoas. Dillon (1996) enfatizou que muitos sis-temas falharam porque pouca atenção foi dadaaos profissionais que iriam implementar o siste-ma. As auditorias são a coleta e realimentaçãosistemática e regular de informações objetivaspor pessoas independentes e competentes. Elassão utilizadas, por exemplo, para monitorar acapacidade de um fornecedor de produzir, deacordo com os padrões determinados, ou as ro-tinas de produção. Enfim, as auditorias são umaferramenta efetiva para monitorar o sucesso deum sistema de qualidade e são descritas em de-talhes por Sayle (1998), Mortimer e Wallace(1998) e Dillon e Griffith (1997). Os tipos de

não-conformidade com as especificações, pa-drões de desempenho, necessidades do consu-midor ou legislação para uma operação em umdepartamento da fábrica precisam estar clara-mente definidos, e as ações apropriadas devemser explicitadas para o caso da ocorrência dealguma falha. Por exemplo, se o desvio é emrelação a um aspecto legal, a ação apropriada écolocar o produto em quarentena, mas se é emrelação a uma necessidade do consumidor, aação pode envolver a informação ao consumi-dor e venda a um preço reduzido.

A revisão gerencial é um componente es-sencial de qualquer sistema, e a gerência deveconsiderar a realimentação do sistema e decidirsobre as ações apropriadas, utilizando encon-tros formais com agendas, ações e responsabili-dades padrão. A necessidade de gerenciar in-formações pelo controle de documentos assegu-ra que os documentos sejam aprovados, emiti-dos e armazenados em locais definidos em fi-chários, disquetes ou winchester de computadorou CD. Códigos definidos de referência, estru-turas de diretórios, procedimentos de armaze-nagem, instruções de arquivamento e mecanis-mos de backup são essenciais. Existe uma hie-rarquia de documentações, desde manuais dedelineamento de políticas, procedimentos queinterligam atividades-chave, instruções de tra-balho detalhadas e registros de produção querequerem uma organização para provar que osistema fornece o controle necessário. Regraspara o controle de documentos devem, portan-to, ser estabelecidas e colocadas em prática logono início do desenvolvimento do sistema de con-trole. Procedimentos para ações corretivas sãonecessários para prevenir a recorrência de quais-quer deficiências dentro do sistema.

Os benefícios de um sistema de GQT ade-quadamente implantado são colocados porRose (2000) como:

• Econômicos (maior custo-benefício da“obtenção correta na primeira vez”, re-dução de material descartado, menosreclamações do consumidor, melhoriada eficiência de equipamentos e au-mento da capacidade de manufatura).

• De marketing (atendimento consisten-te das necessidades do consumidor, au-

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mento da confiança do consumidor edas vendas).

• Internos (melhoria da moral dos funcio-nários, aumento dos níveis de comuni-cação, funcionários mais bem-treinadose percepção/comprometimento em re-lação a qualidade, melhoria do contro-le gerencial e confiança nas operações).

• legais (demonstração de diligência,provimento de evidências de compro-metimento com a qualidade e capaci-dade para melhorar).

1.8.1 APPCC

A análise de perigos é a “identificação deingredientes, condições de armazenagem, em-balagem, pontos críticos do processo e fatoreshumanos relevantes que possam ser potencial-mente perigosos e afetar a segurança ou a qua-lidade do produto”. O sistema de APPCC per-mite a identificação, a avaliação e o controleou a eliminação de perigos potenciais em umprocesso. Ele estabelece tolerâncias para os pe-rigos e define medidas de controle apropria-das, a freqüência de suas aplicações, procedi-mentos de amostragem, testes específicos aserem utilizados e os critérios para aceitaçãodo produto. O sistema é baseado na monito-ração de pontos críticos de controle3 e na açãoa ser tomada quando os resultados da monito-ração estão fora dos limites preestabelecidos(Figura 1.18). O sistema APPCC é utilizado aolongo de cada etapa do processo e inclui maté-rias-primas, processamento, armazenagem edistribuição. Ele pode ser utilizado para todosos perigos potenciais, incluindo qualidade ina-dequada ou segurança, e pode identificar áre-as de controle onde falhas ainda não ocorre-ram, tornando-o útil para novas operações.

A implementação de um esquema deAPPCC envolve os seguintes passos:

1. Produção de um fluxograma deta-lhado, incluindo métodos de produ-ção e planos, preparação e transpor-te de matérias-primas, estocagemdurante o processo, etc., confirma-do por uma visita ao local.

2. Identificação das características es-senciais do produto e seu uso e defi-nição dos perigos reais ou potenciaisque poderiam ameaçar o consumi-dor ou o produto. A formulação doproduto, os procedimentos de ma-nuseio e as condições de armazena-gem, a embalagem, a expectativa demanuseio pelo consumidor e o pú-blico-alvo devem ser incluídos.

3. Consideração de todas as etapas doprocesso, incluindo desvios realistasdo processo, e identificação das eta-pas críticas (PCCs) que devem ser con-troladas para garantir a segurança. Ojulgamento do risco é realizado portrês métodos: probabilístico, compa-rativo ou pragmático, e deve ser feitopor pessoas que tenham um alto graude conhecimento e experiência.

4. Visualização dos níveis a serem atin-gidos e limites críticos para cada PCCe elaboração de procedimentos efe-tivos para monitorá-los e verificá-lose para a implementação de açõescorretivas. A monitoração pode serrealizada por testes físicos, microbio-lógicos ou químicos ou por observa-ções visuais ou sensoriais. Todos osprocedimentos de monitoração de-vem ser registrados e também deve-se incluir a localização do PCC, a fre-qüência de monitoração e os crité-rios de aceitação satisfatória. Exem-plos incluem procedimentos de lim-peza (o que deve ser limpo, como equando deve ser limpo, quem limpae com o quê), temperaturas dos ali-mentos, condições de processo, re-ceitas de formulação, práticas dehigiene, oportunidades para conta-minação cruzada e doenças ou in-fecções dos trabalhadores.

5. Estabelecimento dos documentos pararegistrar o sistema de APPCC e os pro-cedimentos necessários para revisá-lo.

Exemplos de aplicações de APPCC são des-critos por Dillon e Griffith (1996), Mortimer eWallace (1998) e Fellows e colaboradores (1995).


1.8.2 Tecnologia de barreiras

Em alimentos tradicionalmente conserva-dos, tais como peixe ou carne defumados, ge-léias e outros doces, existe uma combinação defatores para garantir a segurança microbiológicae a estabilidade, permitindo, assim, sua conser-vação. Em produtos defumados, por exemplo,essa combinação inclui calor, teor de umidadereduzido e compostos químicos antimicrobianosdepositados pela fumaça na superfície do ali-mento. Alguns produtos defumados também po-dem ser mergulhados ou encharcados em sal-moura ou esfregados com sal antes da defu-mação, para impregnar a carne com sal e, as-sim, acrescentar mais um mecanismo de con-servação. Produtos defumados também podem

ser refrigerados ou mantidos em atmosferamodificada para aumentar a vida de prateleira.Em geléias e outros doces de frutas, os fatorescombinados são calor, alto teor sólido (ativida-de de água reduzida [Seção 1.5]) e alta acidez.Esses fatores de conservação têm uma grandeinfluência nas características sensoriais do pro-duto e contribuem para diferenças importantesno sabor, na textura ou na cor entre diferentesprodutos. Na fermentação de vegetais (Capítu-lo 7), a qualidade desejada do produto e a esta-bilidade microbiológica são atingidas por umaseqüência de fatores que surgem em diferentesetapas do processo de fermentação: a adição desais seleciona a população microbiana inicial,que utiliza todo o oxigênio na salmoura. Issoreduz o potencial redox e inibe o crescimento

Responder a cada questão, em cada etapa,para cada contaminante identificado

FIGURA 1.18 Árvore de tomada de decisões para pontos críticos de controle. (De Felows et al., 1995.)

Q1 Você tem emmãos os controlespara o contaminante?

Modifique a etapa, oprocesso ou o produto

Sim

NãoO controle neste ponto

é necessário para asegurança?

Sim

Não Pare1Não é umPCC

Q2 Esta etapa do processo controlao contaminante a um nível aceitável?

NãoSim

Q3 O contaminante poderia ocorrer a um nível quepoderia causar danos ao consumidor ou reclamações?

Sim Não Não éum PCC

Pare1

Q4 Uma outra etapa do processo irácontrolar a contaminação a um nívelaceitável?

Não

PontoCrítico deControle

Sim Pare1Não éum PCC

1 Continue para a próxima etapa descrita no processo.

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de microrganismos deteriorantes anaeróbios, fa-vorecendo a seleção de bactérias lácticas. Estas,então, acidificam o produto e estabilizam-no.Tratamentos posteriores podem incluir pasteu-rização (Capítulo 11) e embalagem (Capítulo24) para aumentar a vida de prateleira e facili-tar a distribuição.

A demanda dos consumidores por ali-mentos de alta qualidade com características“frescas” ou “naturais”, que necessitam de umapreparação mínima, levou ao desenvolvimen-to de alimentos de conveniência e prontospara comer que são conservados por tecnolo-gias mais brandas. A principal técnica de con-servação é a refrigeração (Capítulo 19), po-

rém, devido à dificuldade de manter as tem-peraturas baixas ao longo de toda a cadeia deprodução, distribuição e estocagem, são ne-cessários obstáculos (ou “barreiras”) para con-trolar o crescimento de microrganismosdeteriorantes ou patogênicos. O conceito decombinar diversos fatores para conservar oalimento foi desenvolvido por Leistner (1995)e outros no efeito de barreiras (cada fator éuma barreira que o microrganismo deve ul-trapassar). Isso levou à aplicação da tecno-logia de barreiras,4 na qual o entendimentodas interações complexas entre temperatura,atividade de água, pH, conservantes quími-cos, etc. (Tabela 1.17) é utilizado para criar

TABELA 1.17 Exemplos de barreiras utilizadas para conservar alimentos

Tipo de barreira Exemplos Capítulo

Barreiras físicas Embalagem asséptica 12, 25Energia eletromagnética (microondas, radiofreqüência, camposmagnéticos pulsantes, campos energéticos) 9, 18Altas temperaturas (branqueamento, pasteurização, esterilização,evaporação, extrusão, cozimento, fritura) 10 a 17Radiação ionizante 8Baixas temperaturas (resfriamento, congelamento) 19, 21Atmosferas modificadas 20Filmes de embalagem (incluindo embalagem ativa, filmes comestíveis) 24Inativação fotodinâmica 9Pressões ultra-altas 9Ultra-som 9Radiação ultravioleta 9

Barreiras físico-químicas Dióxido de carbono 20Etanol 7Ácido láctico 7Lactoperoxidase 7Baixo pHBaixo potencial redoxBaixa atividade de água 15 e 16, 22Produtos de reação de Maillard 1, 16Ácidos orgânicos 7OxigênioOzônioFenóisFosfatosSalDefumaçãoNitrato/nitrito de sódioSulfito de sódio ou potássioTemperos e ervasAgentes surfactantes

Barreiras derivadas de Antibióticos 7micróbios Bacteriocinas 7

Flora competitivaCulturas protetoras

O número do Capítulo indica a fonte para informações mais detalhadas.Adaptada de Leistner e Gorris (1995).


uma série de barreiras que garantam a segu-rança microbiológica do alimento processa-do. As barreiras também são utilizadas paramelhorar a qualidade do alimento e suas pro-priedades econômicas (p. ex., o peso de águaque pode ser adicionado ao alimento, consi-derando sua estabilidade microbiana), e paraserem bem-sucedidas, elas devem levar emconsideração o número inicial e o tipo de mi-crorganismo mais provável de ser encontra-do no alimento. As barreiras selecionadas de-vem ser “altas o suficiente” para que o núme-ro previsto de microrganismos não possaultrapassá-las. No entanto, as mesmas barrei-ras que conservam satisfatoriamente um ali-mento quando preparadas adequadamente(Figura 1.19a) podem ser superadas por umamaior população inicial de microrganismos(Figura 1.19b), quando, por exemplo, as ma-térias-primas não são limpas adequadamente(Capítulo 3). Nesse exemplo, as principaisbarreiras são a baixa atividade de água e osconservantes químicos no produto, com tem-peratura de estocagem, pH e potencial redoxtendo um menor efeito. O branqueamento deverduras ou frutas (Capítulo 10) possui umefeito similar na redução do número inicial

FIGURA 1.19 Exemplos de barreiras no processamento de alimentos (t = resfriamento, aa= baixaatividade de água, pH = acidificação, Eh = baixo potencial redox, pres. = conservantes, V = vitaminas, N= nutrientes). (Adaptada de Leistner e Gorris, 1995.)

(a)

(b)

(c)

t aa pH Eh pres.

t aa pH Eh pres.

t aa pH Eh pres.

NV

de microrganismos antes do congelamento ousecagem. Se, na Figura 1.19, as mesmas bar-reiras forem utilizadas com um produto dife-rente, mais rico em nutrientes que possam pro-mover o crescimento microbiano (Figura1.19c), elas podem ser inadequadas paraconservá-lo, e uma combinação diferente podeser necessária ou sua altura deve ser aumen-tada. Apesar de as barreiras na Figura 1.19serem representadas como uma seqüência, naprática os diferentes fatores podem operarsimultânea, sinérgetica ou seqüencialmente.

A combinação de tecnologia de barreirase APPCC no desenvolvimento de um processoé descrita por Leistner (1994). Pela combina-ção de barreiras, a intensidade de técnicas deconservação individuais pode ser mantida com-parativamente baixa para minimizar perdas naqualidade do produto, enquanto, no geral,ocorre um grande impacto no controle do cres-cimento microbiano. Exemplos de novos pro-cessos brandos que mantêm a qualidade doproduto estão descritos no Capítulo 9 (proces-samento mínimo), no Capítulo 18 (aquecimen-to ôhmico) e nos Capítulos 19 e 20 (cozimentosous vide e atmosferas modificadas).

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1.9 AGRADECIMENTOS

Agradecemos pelas informações forne-cidas pelo Electricity Council, Londres SW1P4RD, Reino Unido.

1.10 NOTAS

1. Apesar de esses dois termos serem utilizadosindistintamente, “viscosidade” é empregado so-mente para fluidos newtonianos – veja adiante.

2. Acordo Geral sobre Tarifas e Trocas, mais tar-de substituído pela Organização Mundial doComércio (OMC).

3. Fatores de processamento cuja perda de con-trole resulta em um alimento com segurançainaceitável ou risco da qualidade.

4. Também conhecida como “processo combina-do”, “conservação combinada” ou “técnicas decombinação”.

1.11 REFERÊNCIAS

ADAMS. H. W. and YAWGER, E.S. (1961) Enzymeinactivation and colour of processed peas. FoodTechnol. 15,314-317.

ANON. (1983a) Electric heat pump drying. EC 4549/12.83. Electricity Council, London SWIP 4RD.

ANON. (1983b) Electric heat pumps for product drying.Technical Information Ind 43. Electricity Council,London SWIP 4RD.

ANON. (1983c) Heat recovery for industry. TechnicalInformation Ind 18. Electricity Council, London SWIP4RD.

ANON. (1983d) Air knife drying. EC 4401/3.83.Electricity Council, London SWIP 4RD.

ANON. (1996) The Pearson Square - common calcula-tions simplified. Food Chain, 17, (March), from ITDGBroughton Hall, Broughton on Dunsmore, RugbyCV23 9QZ, UK.

ANON. (1998) Food and Drink Good ManufacturingPractice. Institute of Food Science and Technology(IFST), Cambridge Court, London W6 7NJ, UK.

BEEVERS, A. (1985) How to save energy. Food Manuf.39, 41-43.

BENDER, A.E. (1978) Food Processing and Nutrition.Academic Press, London, pp. 3-57.

BENDER, A.E. (1987) The nutritional aspects of foodprocessing. In: A. Turner (ed.) Food TechnologyInternational Europe. Sterling PublicationsInternational, London, pp. 273-275.

VAN DEN BERG, C. (1986) Water activity. In: D.MacCarthy (ed.) Concentration and Drying of Foods.Elsevier Applied Science, Barking, Essex, pp. 11-36.

BLANSHARD, J. M. V. (1995) The glass transition, itsnature and significance in food processing. In: S. TBeckett (ed.) Physico-Chemical Aspects of FoodProcessing. Blackie Academic and Professional,London, pp. 17-48.

BOARDMAN, J. (1986) Effecting efficient energy usage.Food Process. May 29-31.

BOURNE, M.C. (1978) Texture profile analysis. FoodTechnol. 7, 62.

BOURNE, M.C. (1982) Food Texture and Viscosity.Academic Press, New York.

BRENNAN, J.G. (1984) Texture perception andmeasurement. In: J.R. Piggott (ed.) Sensory Analysisof Foods. Elsevier Applied Science, London, pp. 59-92.

BRENNAN, J. G. BUITERS, J. R., COWELL, N.D. andLILLEY, A. E. V. (1990) Food Engineering Operations,3rd edn. Elsevier Applied Science, London.

BRENNDORFER, B., KENNEDY, L., OSWIN-BATEMAN.C. O. and TRIM. D. S. (1985) Solar Dryers,Commonwealth Science Council, CommonwealthSecretariat, London SW1Y 5HX.

CARDELLO, A.V. (1998) Perception of food quality. In:I.A. Taub and R.P. Singh (eds) Food Storage Stability.CRC Press, Boca Raton, FL, pp. 1-38.

CLARK, R.C. (1990) Flavour and texture factors inmodel gel systems. In: A. Turner (ed.) FoodTechnology International Europe. Sterling Publica-tions International, London, pp. 271-277.

COULTATE, T. P. (1984) Food, the Chemistry of itsComponents, Royal Society of Chemistry, London,pp. 102-129.

DELASHMIT, R., DOUGHERTY. M. and ROBE. K. (1983)Spiral heat exchanger reuses 79% of ‘Iost’ heat. FoodProcesso (USA), October 106-107.

DE RITTER, E. (1982) Effect of processing on nutrientcontent of food: vitamins. In: M. Rechcigl (ed.)Handbook of Nutritive Value of Processed Food, Vol.1. CRC Press, Boca Raton, Florida, pp. 473-510.

DILLON, M. (1996) Role of Training in BusinessDevelopment. NFI Conference, Washington.

DILLON, M. (1999) Cost Effective Food Control. TheGlobal Hygiene Forum, Helsinki.

DILLON, M. and GRIFFTH. C. (1996) How to HACCP,2nd edn. MD Associates, 32a Hainton Ave., GrimsbyDN32 9BB, UK.

DILLON, M. and GRIFFITH, C. (1997) How to Audit,Verifying Food Control Systems. MD Associates,Grimsby.

EARLE, R.L. (1983) Unit Operations in Food Processing,2nd edn. Pergamon Press, Oxford, pp. 24-38, 46-63.

VON ELBE, J. H.. MAING, I. Y. and AMUNDSON, C. H.(1974) Colour stability of betanin. J. Food Sci. 39,334-337.

ESSELEN, W. B. and ANDERSON, A. A. (1956) FoodRes. 21,322.

FARRALL, A.W. (1979) Food Engineering Systems, Vol.2. AVI, Westport, Connecticut, pp. 117-128.


FELLICOTTI, E. and ESSELEN, W. B. (1957) Thermaldestruction rates of thiamine in puréed meats andvegetables. Food Technol. 11, 77-84.

FELLOWS, P. J., AXTELL, B.L. and DILLON, M. (1995)Quality assurance for small scale rural foodindustries. FAO Agricultural Services Bulletin 117,FAO, Rome, Italy.

FENNEMA, O. R. (1996) Water and ice. In: O. R.Fennema (ed.) Food Chemistry, 3rd edn. MarcelDekker, New York, pp. 17-94.

FLINK, J. M. (1977) Energy analysis in dehydrationprocesses. Food Technol. 31 (3), 77.

FRANCIS, D. (1986) Nutrition for Children, Blackwell,Oxford.

GREEN, R. H. (1982) Energy performance of heatpumps and continuous dryers. In: J. Ashworth (ed.)Proceedings of the Third international DryingSymposium. Drying Research Ltd, Wolverhampton.

GUPTA, S. M., EL-BISI, H. M. and FRANCIS, F. J. (1964)Kinetics of the thermal degradation of chlorophyllin spinach purée. J. Food Sci. 29, 379.

HARRIS, R. S. and KARMAS, E. (1975) NutritionalEvaluation of Food Processing, 2nd edn, AVI,Wesport, Connecticut.

HAYHURST, A. N. (1997) Introduction to heat transfer,In: P.J. Fryer, D. L. Pyle and C. D. Rielly (eds)Chemical Engineering for the Food Processinglndustry, Blackie Academic and Professional,London, pp. 105-152.

HENDERSON, S. M. and PERRY, R. L. (1955)Agricultural Process Engineering. John Wiley, NewYork.

JACKSON, A. T. and LAMB, J. (1981) Calculations inFood and Chemical Engineering. Macmillan, London,pp. I-57.

JOWITT, R., ESCHER, F., HALLSTROM, B., MEFFERT,H. F. Th., SPIESS, W. and VOS. G. (1983) PhysicalProperties of Foods. Applied Science, London.

KAREL, M. (1975) Water activity and food preservation.In: O. R. Fennema (ed.) Principies of Food Science,Part 2. Marcel Dekker, New York, pp. 237-263.

KEFFORD, J. F. (1982) Energy consumption in differentfood processing technologies. CSIRO Food Res. Q.42, 60-64.

KILCAST, D. (1999) Sensory techniques to study foodtexture. In: A. J. Rosenthal (ed.) Food Texture. AspenPublishers, Gaithersburg, MA, pp. 30-64.

KRAMER, A. and SZCZESNIAK, A. S. (1973) (eds)Texture Measurement of Foods. D. Reidel, Dordrecht.

KUNII, D. and LEVENSPIEL, O. (1969) FluidizationEngineering. John Wiley, New York.

LAWLESS, H. T. and HEYMAN, H. (1998) SensoryEvaluation of Food - Principies and Practice. AspenPublishers, Gaithersburg, MA, pp. 379-405.

LEISTNER, L. (1994) In: L. Leistner and L. G. M. Gorris(eds) Food Preservation by Combined Processes, Fi-nal Report of FLAIR Concerted Action No 7,Subgroup B, (EUR 15776 EN) Commission of theEuropean Community, Brussels, Belgium, pp. 25.

LEISTNER, L. (1995) PrincipIe and applications ofHurdle Technology. In: G. W. Gould (ed.) NewMethods of Food Preservation, Blackie Academic andProfessional, London, pp. 1-21.

LEISTNER, L. and GORRIS, L. G. M. (1995) FoodPreservation by Hurdle Technology, Trends in FoodScience and Technology, 6, 41-46.

LENIGER, H. A. and BEVERLOO, W. A. (1987) FoodProcess Engineering. D. Reidel, Dordrecht.

LEWIS, M. J. (1990) Physical Properties of Foods andFood Processing Systems. Woodhead Publishing,Cambridge, UK.

LINDSAY, R. C. (1996) Flavours. In: O. R. Fennema(ed.) Food Chemistry, 3rd edn. Marcel Dekker, NewYork, pp. 723-765.

LONCIN, M. and MERSON, R. L. (1979) Foodengineering - Principles and Selected Applications.Academic Press, New York.

MACDOUGALL, D. B. (1984) Colour vision andappearance measurement. In: J. R. Piggott (ed.)Sensory Analysis of Foods. EIsevier Applied Science,London, pp. 93-116.

MANN, R. and ADEBANJO, O. (1997). BusinessExcellence in Food and Drink lndustry: Practical waysto improve performance. Leatherhead Food R.A.

MARUNIAK, J. A. and MACKAY-SIM, A. (1984). In: J.R. Piggott (ed.) Sensory Analysis of Foods. ElsevierApplied Science, London, pp. 23-58.

MAURON. J. (1982). Effect of processing on nutritivevalue of food: protein. In M. Rechcigl (ed.)Handbook of Nutritive Value of Processed Foods, Vol.1. CRC Press, Boca Raton, Florida, pp. 429-471.

MILSON, A. and KIRK, D. (1980) Principles of Designand Operation of Catering Equipment. Ellis Horwood,Chichester.

MITCHELL, R. T. (1996) HACCP - An lnternationalOverview. Flair-FIow Europe, Cardiff Institute ofHigher Education.

MOHSENIN, N. N. (1970) Physical Properties of Plantand Animal Materials, Vol. 1 Structure, physicalcharacteristics and mechanical properties. Gordonand Breach, London.

MOHSENIN, N. N. (1980) Thermal Properties of Foodsand Agricultural Materials. Gordon and Breach,London.

MORTIMER, S. and WALLACE, C. (1998) HACCP - APractical Approach, 2nd edn. Aspen Publishers,Gaithersburg, MA.

NEDDERMAN, R. M. (1997) Newtonian fluid mecha-nics. In: P. J. Fryer, D. L. Pyle and C. D. Rielly (eds)Chemical Engineering for the Food Processinglndustry, BIackie Academic and Professional,London, pp. 63-104.

PELEG, M. (1983) Physical characteristics of foodpowders. In: M. Peleg and E. B. Bagley (eds) PhysicalProperties of Foods. AVI, Westport, Connecticut.

PELEG, M. and BAGLEY, E. B. (1983) Physical Propertiesof Foods. AVI, Westport, Connecticut.

76 P. J. FELLOWS

PLATTIG, K. H. (1984) The sense of taste. In: J. R.Piggott (ed.) Sensory Analysis of Foods, ElsevierApplied Science, London, pp. 1-22.

POLLEY, S. L., SNYDER, O. P. and KOTNOUR, P. (1980)A compilation of thermal properties of foods. FoodTechnol. 11, 76.

PONTING, J.D., SANSHUCK, D. W. and BREKKE, J. E.(1960) Color measurement and deterioration ingrape and berry juices and concentrates. J. FoodSci. 25, 471-478.

PRENTICE, J. H. (1984) Measurements in the Rheologyof Foodstuffs. Elsevier Applied Science, London.

RAHMAN, M.S. (1999) Glass transition and otherstructural changes in foods. In: M. S. Rahman (ed.)Handbook of Food Preservation. Marcel Dekker, NewYork, pp. 75-94.

RIELLY, C. D. (1997) Food rheology. In: P. J. Fryer, D.L. Pyle and C. D. Rielly (eds) Chemical Engineeringfor the Food Processing lndustry, Blackie Academicand Professional, London, pp. 195-233.

ROSE, D. (2000) Total quality management. In: M.Stringer and C. Dennis (eds) Chilled Foods, 2nd edn.Ellis Horwood, Chichester, ch. 14.

ROSENTHAL, A. J. (1999) Relation between instru-mental and sensory measures of food texture. In:A. J. Rosenthal (ed.) Food Texture, Aspen Publishers,Gaithersburg, MA, pp. 1-17.

SAYLE, A. J. (1988) Management Audits: The Assessmentof Quality Management Systems, 2nd edn. Allan J.Sayle Ltd.

SENHAJI, F. A. and BIMBENET, J. J. (1984) Energysaving in drying biological materiaIs. In: B.M.McKenna (ed.) Engineering and Food. ElsevierApplied Science, Barking, Essex, pp. 947-954.

SHERMAN, P. (1976) The textural characteristics of dairyproducts. In: J. M. De Man, P. W. Voisey, V. F. Rasperand D. W. Stanley (eds) Rheology and Texture in FoodQuality. AVI, Westport, Connecticut, pp. 382-404.

SHERMAN, P. (1979) (ed.) Food Texture and Rheology.Academic Press, London.

STANLEY, D. W. and TUNG, M. A. (1976) Microstructureof food and its relation to texture. In: J. M. De Man,P. W. Voisey, V. F. Rasper and D. W. Stanley (eds)Rheology and Texture in Food Quality. AVI, Westport,Connecticut, pp. 28-78.

STUMBO, C. R. (1973) Thermobacteriology in FoodProcessing 2nd edn. Academic Press, New York.

SZCZESNIAK, A. S. (1963) Classification of texturalcharacteristics. J. Food Sci. 28, 385-389.

SZCZESNIAK, A. S. (1983) Physical properties of foods:what they are and their relation to other foodproperties. In: M. Peleg and E. B. Bagley (eds)Physical Properties of Foods. AVI, Westport,Connecticut, pp. 1-41.

TAIRA, H. and SUKURAI, Y. (1966) Studies on aminoacid contents of processed soybean, Part 8. Jpn. J.Nutr. Food 18, 359.

TOLEDO, R. T. (1999) Fundamentais of Food ProcessEngineering, 2nd edn. Aspen Publishers, Aspen, MA.

TROLLER, J. A. and CHRISTIAN, J. H. B. (1978) WaterActivity and Food. Academic Press, London.

WATSON, R. R. (1986) Nutrition for the Aged. CRCPress, Boca Raton, Florida.

WELLS, R. D. and SWIENTEK, R. J. (1983) Compute-rized energy management saves $1.4 million/yr infuel. Food Process. (USA) January 96-98.

WHITAKER, J. R. (1972) Principles of Enzymology forthe Food Sciences. Marcel Dekker, New York.

WHITMAN. W. E., CRAWFORD, A. G. and ELSEN, C.R. (1981) Energy Use in the Food Manufacturinglndustry, Final Report to the Commission of theEuropean Communities, No. EUR 7073 en.Commission of the European Communities,Brussels.

WITTING, L. A. and DIMICK, P. S. (1982) Effects ofprocessing on food lipids. In: M. Rechcigl (ed.)Handbook of Nutritive Value of Processed Food, VoI.l. CRC Press, Boca Raton, Florida, pp. 403-428.

WOODAMS, E. E. and NOWREY, J. E. (1968) Literaturevalues of thermal conductivity of foods. FoodTechnol. 22 (4), 150-158.

WYETH, L. and KILCAST, D. (1991) Sensory analysistechnique and flavour release. In: A. Turner (ed.)Food Technology lnternational Europe, SterlingPublications International, London, pp. 239-242.

ZAPSALIS, C. and BECK, R. A. (1985) Food Chemistryand Nutritional Biochemistry. John Wiley, New York,pp. 549-579, 415-504.

tecnologia do processamento de alimentos (capítulo 1)

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