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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTASDepartamento de Ciência dos AlimentosBacharelado em Química de AlimentosDisciplina de Seminários em Alimentos
Liofilização aplicada a alimentos
Laura Pereira Garcia
Pelotas, 2009.
1
Laura Pereira Garcia
Liofilização aplicada a alimentos
Orientadora: Carla Mendonça
Pelotas, 2009.
Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de Bacharelado em Química de Alimentos da Universidade Federal de Pelotas como requisito parcial da Disciplina de Seminários em Alimentos.
2
Dedico este trabalho primeiramente a
minha família que mesmo longe está
sempre presente e a uma grande
amiga que incansavelmente me ouviu
e me auxiliou na execução do trabalho.
3
Robert Shuller
O que você faria se soubesse que é impossível falhar?
4
Resumo
GARCIA, Laura Pereira. Liofilização aplicada a alimentos. 2009. 45f. Trabalho Acadêmico - Bacharelado em Química de Alimentos. Disciplina de Seminários em Alimentos. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.
A liofilização é um processo diferenciado de desidratação de produtos, pois ocorre em condições especiais de pressão e temperatura, possibilitando que a água previamente congelada (estado sólido) passe diretamente ao estado gasoso (sem passar pelo estado líquido), ou seja, a mudança de estado físico ocorre por sublimação, com o objetivo de estabilizar produtos através da diminuição da atividade de água. Para ser possível a realização de uma liofilização é preciso que o produto esteja previamente congelado; haja uma fonte de calor, envolvendo transmissão de calor, transferência de câmara de vácuo e que exista um condensador operando em temperatura superior a do produto congelado. Os diversos tipos de liofilizadores diferenciam-se conforme a maneira que fornecem calor para a superfície do alimento, podendo ser: condução, radiação, microondas ou a combinação deles. A liofilização se divide em etapas: congelamento, secagem primária e secagem secundária. Os alimentos que passam pelo processo apresentam alta retenção das características sensoriais e qualidade nutricional, apresentam uma vida de prateleira maior quando corretamente embalados, dependendo do alimento é possível a permanência em temperatura ambiente. A textura dos alimentos liofilizados é mantida, havendo pouco encolhimento e nenhuma formação de crosta na superfície. Entre os produtos que são conservados por liofilização destacam-se café em pó, mariscos, carne, peixe, ervas aromáticas, frutas e hortaliças (morangos, framboesas, aspargos), cogumelos, alimentos infantis, preparações (café com leite, sopas), leite, queijo, iogurte, ovo, condimentos e extratos solúveis. Também são submetidas ao processo dietas completas (também chamadas de rações) onde podem se incluir refeições pré-cozidas para o uso militar, viagens espaciais, expedições, esportes específicos. O café é o produto liofilizado mais consumido, e o emprego da liofilização se dá pelo alto valor da matéria prima bem como pelas altas taxas de extração e preservação de componentes voláteis. O inconveniente do processo é seu elevado custo de equipamentos e operação, que são mais elevados que os demais métodos, por isso a técnica não é frequentemente aplicada, sendo mais utilizada para matérias primas com alto custo de venda, para compensar o preço do seu tratamento outra desvantagem é que a técnica também aumenta largamente o tempo de processamento.
Palavras-chave: Liofilização. Lyophilization. Freeze drying. Alimentos.
5
Lista de Figuras
Figura 1 Relação entre a atividade de água e a deterioração dos
alimentos........................................................................................... 12
Figura 2 Diagrama de fases da água.............................................................. 13
Figura 3 Transmissão de calor na liofilização................................................ 15
Figura 4 Principais componente do liofilizador.............................................. 22
Figura 5 Diagrama de equilíbrio sólido-líquido entre a água e um
sal...................................................................................................... 26
Figura 6 Congelamento sem formação de eutético....................................... 27
Figura 7 Esquema ilustrativo do fenômeno de colapso................................ 29
Figura 8 Cinética dos componentes voláteis durante a liofilização............. 31
Figura 9 Curva de secagem, das temperaturas das placas de aquecimento
e do produto durante a liofilização................................................. 33
Figura 10 Perda de vitaminas durante a liofilização...................................... 35
Figura 11 Isotermas da água............................................................................ 39
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Lista de Tabelas
Tabela 1 Temperatura de colapso de alguns alimentos durante a liofilização. 29
Tabela 2 Teor máximo de umidade para diversos alimentos............................ 36
Tabela 3 Rendimento para produtos desidratados......................................... 36
Tabela 4 Volume de matéria-prima necessária para a obtenção do produto
liofilizado............................................................................................. 37
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Sumário
1 Introdução....................................................................................................... 92 Atividade de água (aw)................................................................................... 113 Liofilização...................................................................................................... 133.1 Fundamentos físicos da liofilização.......................................................... 133.2 Mecanismos da liofilização........................................................................ 143.2.1 Transferência de energia e massa.......................................................... 143.2.1.1 Taxa de transferência de calor............................................................. 163.2.1.1.1 Transferência de calor através de camada congelada.................. 163.2.1.1.2 Transferência de calor através de camada seca............................. 173.2.1.1.3 Aquecimento por microondas........................................................... 173.2.1.2 Taxa de transferência de massa.......................................................... 184 Equipamentos................................................................................................. 214.1 Liofilizadores de contato............................................................................ 224.2 Liofilizadores acelerados............................................................................ 234.3 Lioflizadores por radiação.......................................................................... 234.4 Liofilizadores de microondas e dielétricos............................................... 245 Etapas da liofilização..................................................................................... 255.1 Congelamento.............................................................................................. 255.1.1 Congelamento com formação de eutético............................................. 265.1.2 Congelamento sem formação de eutético............................................. 265.1.3 Textura do material congelado............................................................... 275.1.4 Colapso estrutural da matriz sólida liofilizada...................................... 285.1.5 Retenção de voláteis durante a liofilização........................................... 295.2 Desidratação primária................................................................................. 315.3 Desidratação secundária............................................................................ 336 Efeitos nos alimentos.................................................................................... 347 Conservação de alimentos desidratados..................................................... 388 Reconstituição de alimentos desidratados.................................................. 399 Custo do processo de liofilização................................................................. 41
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10 Conclusão...................................................................................................... 4211 Referências.................................................................................................... 44
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1 Introdução
Um dos objetivos do estudo da tecnologia de alimentos é o aumento da vida de
prateleira dos produtos, para reduzir o número de alimentos que se deterioram antes
do consumo, logo, cada vez mais se aprimoram as técnicas de conservação de
alimentos. Podem ser empregados diversos métodos de conservação pelo emprego
de calor ou frio, modificações de pH, atmosfera e atividade de água (com redução do
teor de água ou sua imobilização). A escolha do método depende das características
do alimento, aspectos que se têm o interesse de preservar, tempo de vida útil
pretendido, pré-existência de maquinário na indústria, viabilidade econômica, entre
outros fatores.
Entre os diversos métodos existentes, está aquele baseado na redução da
umidade dos alimentos a partir do congelamento e subsequente sublimação da água
contida nos mesmos, denominado de liofilização.
De acordo com Baruffaldi e Oliveira (1998) ”o termo liófilo significa amigo do
solvente, o que define com fidelidade as características dos produtos liofilizados:
altamente higroscópicos e de fácil dissolução na água”.
Historicamente, o primeiro produto liofilizado, de forma adequada, foi o vírus da
raiva, em 1911. Hoje em dia, são rotineiramente liofilizadas grandes variedades de
substâncias, tais como: alimentos, antibióticos, anticoagulantes, bactérias, vírus,
enzimas, hormônios, frações de sangue.
Na área de alimentos, podemos citar como exemplo de produtos que passam
pelo processo de liofilização: matérias-primas alimentares, bebidas, bem como
alimentos prontos.
Durante a Segunda Guerra mundial a liofilização em alimentos ganhou um
grande impulso, devido ao fato de que neste período desenvolveram-se muitos
estudos sobre o processamento de alimentos liofilizados e suas condições.
Sem dúvida, o maior destaque foi durante o programa Apollo da NASA, que
impulsionou as pesquisas básicas para elucidação dos mecanismos de liofilização
de alimentos. Os produtos tecnológicos existentes atualmente foram desenvolvidos
a partir dos fundamentos adquiridos nestas pesquisas.
10
O processo de liofilização se mostra eficiente comparado com outros meios de
desidratação, frente características como contração do produto, perda de voláteis,
decomposição térmica, ações enzimáticas e desnaturação de proteínas, por isso
merece destaque.
O objetivo deste trabalho foi realizar uma pesquisa bibliográfica sobre alimentos
liofilizados, suas características, etapas do processamento, equipamentos utilizados,
aspectos físico-químicos associados, bem como abordar fundamentos e
mecanismos da liofilização aplicada a alimentos.
11
2 Atividade de água (aw)
Existe uma relação entre o conteúdo de água dos alimentos e sua capacidade
de sofrer alterações, e é justamente nesse fator que a liofilização visa atuar:
reduzindo o conteúdo de água do alimento e simultaneamente concentrando os
solutos, dessa maneira diminuindo o risco de alterações. Mas o conteúdo de água
não é um indicador isolado, o restante da composição do alimento deve ser levado
em consideração ao prever a susceptibilidade de alteração de um alimento, fatores
como concentração de oxigênio, pH, mobilidade da água, tipo de soluto presente,
também devem ser considerados. Percebe-se, observando-se alimentos com igual
conteúdo de água, que estes podem sofrer alterações de forma distinta, devido ao
fato da água estar ligada com diferentes intensidades às moléculas dos constituintes
não aquosos (água constitucional – mais fortemente ligada; água vicinal – próxima
aos grupos hidrofílicos; água multicamadas – ligada de forma mais fraca); quando à
água apresenta-se ligada mais fortemente aos componentes não aquosos, torna-se
menos disponível para o crescimento de microrganismos e reações químicas
hidrolitícas.
A atividade de água é definida pela relação entre a pressão de vapor da água em
um alimento ou solução e a pressão de vapor da água pura, na mesma temperatura.
Então, de uma forma genérica, a atividade de água indica a intensidade das forças
que ligam a água aos componentes não aquosos. Porém a atividade de água em
temperaturas baixas (abaixo de 0°C) é independente da composição da amostra e
depende somente da temperatura, a exemplo disso pode-se citar um alimento a -
15°C com aw=0,86, neste produto os microrganismos não crescerão e as reações
químicas se processam de uma forma muito lenta, mas em uma temperatura de
20°C alguns microrganismos já crescem de forma moderada e algumas reações se
processam rapidamente (FENNEMA, 1996).
A Fig.1 mostra a relação existente entre a atividade de água e susceptibilidade de
deterioração de alimentos por ação de microrganismos, reações químicas ou
enzimáticas.
12
Figura 1 – Relação entre a atividade de água e a deterioração dos alimentos.Fonte: OETTERER, 2006.
13
3 Liofilização
A liofilização também denominada por outras nomenclaturas como
criodesidratação ou criosecagem, é um processo diferenciado de desidratação de
produtos, pois ocorre em condições especiais de pressão e temperatura,
possibilitando que a água previamente congelada (estado sólido) passe diretamente
ao estado gasoso (sem passar pelo estado líquido), ou seja, a mudança de estado
físico ocorre por sublimação.
O processo tem por objetivo estabilizar produtos (diminuição da atividade de
água) através de uma série de operações em que o material é submetido durante o
processamento: congelamento, sublimação, secagem a vácuo e armazenagem do
produto. Assim obtêm-se produtos de qualidade superior, fácil reconstituição
(hidratação) e longa vida de prateleira.
3.1 Fundamentos físicos da liofilização O estado de agregação de qualquer substância depende das condições de
temperatura e pressão a que ela está exposta, podendo se apresentar em estado
sólido, líquido ou gasoso. Em determinadas condições é possível a coexistência de
dois estados físicos, e em condições fixas e características de cada substância
podem ainda coexistir os três estados físicos, o chamado ponto triplo das
substâncias, dado por certa temperatura e pressão (Fig. 2).
Figura 2 - Diagrama de fases da água.Fonte: OETTERER, 2006.
14
Segundo Ordóñez (2005) o ponto triplo da água é definido por uma temperatura
de 0,0099 °C e pressão 610,5 Pa (4,58 mmHg). Então a temperatura e pressão mais
baixas que a característica do ponto triplo a fase líquida não ocorre, portanto todo o
processo de liofilização ocorre em pressão inferior a 4,58 mmHg, para que não
exista água em estado líquido durante o processo o que acabaria causando danos
estruturais ao produto.
Ao observar a Figura 1, conclui-se que a uma pressão superior a 4,58 mmHg, ao
fornecer calor a um material congelado, a água contida neste se fundirá tornando-se
líquida, e se o fornecimento de calor for continuado ela se evaporará. Portanto,
fornecendo-se calor a um material congelado a uma pressão menor que 4,58 mmHg,
a água presente neste material passará para o estado de vapor, ou seja, sublimará.
Usualmente na prática da liofilização, a temperatura do produto congelado deve ser
mantida bem abaixo de 0 °C (BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
3.2 Mecanismos da liofilização
Conforme já mencionado, para ser possível a realização de uma liofilização é
preciso que o produto esteja previamente congelado, haja uma fonte de calor,
câmara de vácuo e que exista um condensador operando em temperaturas superior
a do produto congelado.
3.2.1 Transferência de energia e massa
Segundo Baruffaldi e Oliveira (1998), como qualquer outro método de
desidratação, a liofilização é um processo simultâneo, que envolve transmissão de
calor e transferência de massas. O que pode ser observado na Fig. 3.
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Figura 3 – Transmissão de calor na liofilização: a) pela camada seca; b) pela camada congelada; c) geração interna do calor por microondas.Fonte: ORDÓÑEZ, 2005.
A força motora de transferência de massa é o gradiente de pressão e a força
motora de calor é o referencial de temperatura. Com o fornecimento de calor a
pressão constante e abaixo de 4,58 mmHg a um material congelado, se inicia a
sublimação (gelo sólido sublima diretamente para vapor sem se fundir), porém,
como a emissão de vapores aumenta a pressão destes, bloqueando a sublimação,
logo é necessário um equipamento ou dispositivo que retenha os vapores emitidos,
na pratica é utilizado um condensador.
O vapor d’água é continuamente removido do alimento mantendo-se a pressão
da câmara do liofilizador abaixo da pressão de vapor na superfície do gelo, através
da remoção de vapor com uma bomba de vácuo e posterior condensação em uma
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serpentina de refrigeração. À medida que a secagem segue, a sublimação atinge o
interior do alimento congelado, deixando-o parcialmente desidratado.
O calor latente de sublimação (quantidade de calor necessária para que ocorra a
sublimação) é de 2,84 MJ kg-1 e pode ser conduzido através do alimento pela
camada seca ou pela congelada, ou produzido por microondas (geração interna de
calor). O vapor d’água sai dos alimentos através de canais formados pelo gelo
sublimado, e sendo assim removido.
Em determinados alimentos líquidos (como exemplo sucos de frutas com
elevado teor de açúcares e extrato de café concentrado) há formação de um estado
vítreo no congelamento, causando dificuldades na transferência do vapor, portanto o
líquido é congelado como uma espuma (liofilização por sopro de vácuo) ou o suco é
desidratado juntamente com a polpa, os dois métodos produzem canais através do
alimento para que o vapor escape. Outro método utilizado também é a moagem do
suco congelado para produzir grânulos que secam mais rapidamente, ao mesmo
tempo em que possibilitam um melhor controle do tamanho das partículas do
alimento desidratado (FELLOWS, 2006).
A taxa de secagem dos alimentos depende principalmente da resistência dos
mesmos a transferência de calor e da resistência ao fluxo de vapor (transferência de
massa) da frente de sublimação (limite entre as camadas seca e congelada).
3.2.1.1 Taxa de transferência de calor
Para frente de sublimação existem três métodos de transferência de calor.
3.2.1.1.1 Transferência de calor através de camada congelada
Quando o calor é transferido por condução pela camada congelada do alimento
a taxa de transferência de calor depende da espessura do alimento e da
condutividade térmica do gelo. Mesmo o gelo sendo um condutor de calor
relativamente bom, o calor necessário para a sublimação é tão elevado, e o
gradiente de temperatura muito estreito, que a velocidade de desidratação só será
aceitável se o produto tiver pouca espessura. À medida que a secagem avança
facilita-se a transferência de calor, em decorrência da redução progressiva da
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espessura do gelo. A temperatura superficial do aquecedor é controlada para evitar
que ocorra o descongelamento do gelo.
3.2.1.1.2 Transferência de calor através de camada seca
Se o calor é transferido pela camada desidratada do alimento, essa taxa de
transferência de calor depende da espessura e da área superficial do alimento, da
condutividade térmica da camada desidratada e da diferença de temperatura entre a
superfície do alimento e a frente de gelo. Então, o fator limitante da velocidade de
secagem é a transferência de calor. A condutividade térmica da camada seca é tão
baixa que se compara a de matérias isolantes, logo oferece uma alta resistência ao
fluxo de calor. Então, ao passo que liofilização (secagem) avança, essa camada se
torna mais grossa e a resistência da transferência de calor aumenta. Uma redução
de tamanho ou na espessura do alimento aumenta a taxa de transferência de calor
ou um aumento de temperatura, porém, na liofilização a temperatura de superfície é
limitada entre 40 e 65 °C, para evitar que ocorra desnaturação protéica e outras
mudanças químicas que poderiam reduzir a qualidade do alimento.
3.2.1.1.3 Aquecimento por microondas
Quando se emprega o aquecimento por microondas o calor se produz no interior
do alimento, por isso a taxa de transferência de calor não é influenciada pela
condutividade térmica do gelo ou do alimento desidratado, ou pela espessura da
camada seca, assim, a secagem ocorre muito mais rapidamente. O problema
apresentado é que o fator de perda de gelo é mais baixo que o da água, logo, existe
o risco de que o aquecimento do alimento não seja homogêneo, visto que as zonas
onde há fusão ou temperatura maior se aquecerão mais rápido. Outra desvantagem
das microondas é o maior gasto energético. De acordo com Ordóñez (2005), as
microondas normalmente se combinam com a fonte de calor convencional
(superfícies aquecidas), e assim o tempo total de secagem reduz-se em 33 a 50 %.
18
3.2.1.2 Taxa de transferência de massa
Quando o calor alcança a frente de sublimação (limite entre as camadas seca e
congelada), ele eleva a temperatura e a pressão de vapor d’água do gelo, a
transferência do vapor d’água produzido na frente de sublimação à superfície do
alimento ocorre sempre pela camada seca do produto, dependendo da espessura e
da área de exposição da proporção seca, permeabilidade e da diferença de
pressões parciais de vapor d’água entre a superfície de camada seca e a frente de
congelamento. À medida que ocorre o avanço da frente de sublimação, a espessura
da camada seca aumenta, sendo assim a transferência de vapor d’água pela
camada seca fica mais difícil, sendo este um fator limitante na velocidade de
secagem do alimento. De maneira geral, a permeabilidade e a condutividade térmica
do alimento variam inversamente: os alimentos compactos têm uma condutividade
térmica elevada, mas uma difícil difusão do vapor devido a sua estrutura, enquanto
que nos porosos ocorre o inverso (MAFART, 1996).
O vapor move-se através do alimento seco para uma região de baixa pressão de
vapor na câmara de secagem. Um grama de gelo forma 2 m3 de vapor a 67 Pa,
portanto, na liofilização comercial, torna-se necessário remover várias centenas de
metros cúbicos de vapor d’água por segundo através dos poros do alimento seco.
O gradiente de pressão parcial de vapor (força condutora da transmissão de
massas) depende da pressão que existe na câmara de secagem e da temperatura
do condensador de vapor d’água, ambas devem ser tão baixas quanto
economicamente possível, e também da temperatura do gelo na frente de
sublimação, que deve ser tão alta quanto possível, sem que ocorra a fusão. As
condições geralmente utilizadas na prática, levando em consideração a questão
econômica, são: pressão da câmara de 13 Pa e a temperatura do condensador
cerca de -35 °C.
Na prática a temperatura do gelo na frente de sublimação deveria manter-se
exatamente abaixo do seu ponto de fusão eutético, que pode ser aproximadamente
10 °C abaixo do ponto de fusão do gelo, porém não deve ultrapassar a temperatura
de colapso crítica (característica de cada produto). Quando a liofilização é realizada
em temperaturas muito baixas, a elevada viscosidade da fase aquosa concentrada
do alimento congelado impede que se produzam as mudanças estruturais, assim
sendo a estrutura final do alimento é similar a inicial, com poros nos pontos onde
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anteriormente haviam os cristais de gelo, esses poros encontram-se cercados por
uma matriz seca formada de componentes insolúveis e por componentes
precipitados que, inicialmente, estavam dissolvidos. Se a operação se realiza em
temperatura mais elevada, ou seja, acima da crítica, a viscosidade da fase aquosa
concentrada (solutos) diminui e passa a ter mobilidade necessária para fluir sob as
forças que atuam na estrutura do alimento, então, desaparece a separação dos
solutos, típica do produto congelado, e ainda dificulta a transferência de vapor.
Quando a transferência de vapor se dá pela camada seca do alimento pode ser
expressa por:
dw = -A b (Pvi – Pvs) Eq. 1
dt x
onde dw/dt é a velocidade de fluxo mássico do vapor pela camada seca; A, é a área
da superfície efetiva de sublimação; b, permeabilidade da camada seca; Pvi, pressão
parcial de vapor e Pvs é pressão parcial de vapor de água na superfície da camada
seca; x, espessura da camada seca. E caso o calor seja transferido ao gelo somente
pela camada seca, a velocidade de transferência de calor é calculada por:
dQ = kd A ( θ s – θ i) Eq.2
dt x
onde dQ/dt é a velocidade de transferência de calor; kd, condutividade térmica da
camada seca; θs, temperatura da camada seca do produto e θ i temperatura do gelo
na frente de sublimação (ORDÓÑEZ, 2005).
O tempo total de secagem depende de diversos fatores como: x, espessura do
alimento; ρ, densidade total do alimento seco, M1, teor de umidade inicial e M2, teor
de umidade final na camada seca; λs, calor latente de sublimação; kd, condutividade
térmica da camada desidratada, equacionados da seguinte forma:
td = x² ρ (M 1 – M2) λ s Eq. 3
8kd (θs – θi)
20
onde observa-se que o tempo de secagem é proporcional ao quadrado da
espessura do produto, logo, se esta for duplicada, irá aumentar o tempo de secagem
por um fator quatro, então, é interessante que as camadas do produto a ser
liofilizado sejam finas (KAREL,1974 apud FELLOWS, 2006).
21
4 Equipamentos
Os liofilizadores constituem-se basicamente pelos elementos: câmara de vácuo,
fonte de calor, condensador e bomba de vácuo. A câmara de vácuo (onde o
alimento fica contido) tem por objetivo diminuir a pressão, para que não ocorra fusão
do gelo, esta pode ser de forma retangular, que permite o aproveitamento do espaço
inteiro mais facilmente, ou pode ser cilíndrica, que apresenta uma maior resistência
à pressão. A fonte de calor tem a finalidade de suprir calor latente de sublimação. O
condensador é formado por serpentinas de refrigeração que transformam os vapores
diretamente em gelo (executando a chamada sublimação inversa), este é adaptado
com dispositivos automáticos de descongelamento a fim de manter área máxima de
serpentina livre para que aja uma maior eficiência do processo; tendo em vista que a
maior parte do consumo de energia ocorre na refrigeração dos condensadores,
estes dispositivos proporcionam economia na liofilização. A bomba de vácuo tem a
finalidade de remover os vapores não condensáveis.
Existem diversos tipos de liofilizadores, diferenciando-se em detrimento do modo
como se proporciona calor para a superfície do alimento, os tipos que utilizam
condução e radiação são utilizados comercialmente (o aquecimento por convecção,
que se dá por diferença de densidade de um fluido não é importante porque o
aquecimento ocorre dentro da câmara de vácuo, e no vácuo não ocorre a
movimentação por diferença de densidade) e atualmente também se utiliza a
liofilização por microondas. Cada um destes tipos de secadores pode ser encontrado
tanto na versão contínua como em batelada, na secagem por batelada o produto é
fechado dentro da câmara de secagem mantendo-se a temperatura do aquecedor
entre 100 e 120 °C para a secagem inicial, sendo gradualmente reduzida durante o
período de secagem de 6 à 8 h. As condições de secagem são diferenciadas para
cada alimento, mas a temperatura da superfície do alimento não deve ultrapassar os
60 °C, por ser uma temperatura estipulada com a finalidade de evitar a desnaturação
protéica. Na liofilização contínua as bandejas com o alimento são colocadas em
carros que entram e saem do secador mediante comportas de segurança, uma pilha
de bandejas, intercalada pelas placas de aquecimento, é movida sobre trilhos ao
22
longo das zonas de aquecimento de uma longa câmara de vácuo (Fig. 4). As
temperaturas dos aquecedores e os tempos de permanência do produto em cada
zona são pré-programados de acordo com o tipo e o volume do alimento, sendo
utilizados microprocessadores para este monitoramente e controle do tempo do
processo, temperatura, pressão da câmara e a temperatura na superfície do
alimento. Atualmente já existem outros equipamentos onde se dispensa a utilização
de bandejas e o alimento move-se no liofilizador por meio de esteiras rolantes,
bases fluidizadas ou por atomização.
Figura 4 – Principais componente do liofilizador.Fonte: ORDÓÑEZ, 2005.
4.1 Liofilizadores de contato
Neste tipo de liofilizador o calor é fornecido por condução, o alimento é colocado
em bandejas com divisões, estas bandejas estão sobre placas ocas aquecidas por
resistências elétricas incorporadas ou através de circulação interna da água quente.
Se o produto é congelado na mesma câmara, faz-se circular pelo interior das placas
líquido refrigerante. A velocidade de secagem por esses equipamentos é baixa em
comparação com outros tipos, em decorrência do calor ser aplicado apenas em uma
das superfícies do alimento; o contato não ser uniforme entre alimento congelado e
superfície aquecida, reduzindo assim ainda mais a taxa de transferência de calor;
ocorrência de uma queda de pressão no alimento, que resulta em diferenças entre
as taxas de secagem das camadas altas e das baixas; mesmo assim, o liofilizador
23
de contato tem grande capacidade de produção. A velocidade do vapor é cerda de 3
ms-1, e as partículas finas do produto eventualmente podem ser transportadas pelo
vapor e perdidas (MAFART, 1994).
4.2 Liofilizadores acelerados
Nestes equipamentos o alimento situa-se entre duas malhas metálicas
expandidas e é submetido a uma leve pressão em ambos os lados, o aquecimento
também se dá por condução (como no equipamento anterior), mas o calor é
transferido mais rápido no alimento através da malha do que pelas placas sólidas,
em comparação com outros tipos de equipamento a desidratação ocorre mais
rapidamente porque a transmissão de calor é mais uniforme e o vapor escapa mais
facilmente da superfície do alimento (FELLOWS, 2006; ORDÓÑEZ, 2005).
4.3 Liofilizadores por radiação
A radiação infravermelha de aquecedores radiantes é utilizada para efetuar
aquecimento de camadas finas de alimentos sobre bandejas planas, estes
aquecedores são dispostos acima e abaixo das bandejas, e o aquecimento é mais
uniforme do que por condução, porque as irregularidades presentes na superfície do
alimento têm pouca influência sob a taxa de transferência de calor e não ocorre
queda de pressão através do alimento, originando assim condições constantes de
secagem. Nesse tipo de aquecimento não é necessário o contato íntimo entre
alimento e aquecedores, sendo utilizadas bandejas planas, que são mais fáceis de
limpar e de menor custo. A velocidade do vapor é de aproximadamente 1 ms -1 e
existe pouco risco de carregamento do produto. É comum haver a combinação de
aquecimento por condução por contato direto (superfície inferior do alimento) com
aquecimento por radiação (parte superior do alimento) (FELLOWS, 2006;
ORDÓÑEZ, 2005).
24
4.4 Liofilizadores de microondas e dielétricos
Os aquecedores por radiofrequência têm o uso potencial na liofilização, porém
não são utilizados em escala comercial em decorrência da dificuldade de controle,
pois a água tem um fator de perda mais alto que o gelo e qualquer derretimento
localizado de gelo causa um superaquecimento “descontrolado” e uma reação em
cadeia (FELLOWS, 2006; ORDÓÑEZ, 2005).
Uma modificação da liofilização é a liofilização de compressão reversível, onde o
alimento é liofilizado para a remoção de 90% da umidade e então é comprimido em
blocos sendo submetido a uma pressão de 69000 kPa, a umidade residual torna o
alimento elástico durante a compressão e o alimento é posteriormente desidratado
sob vácuo. Quando é embalado juntamente com gás inerte esse alimento tem a
possibilidade de ter uma vida de prateleira de cinco anos, sendo muito utilizados em
situações especiais como rações militares (exemplo: uma refeição constituída de
barras separadas de carne cozida, linguiça, sobremesa de granola e bebida de
laranja), sendo constituídos por barras de rápida reconstituição, assumindo
facilmente sua forma e tamanho normais (UNGER, 1982 apud FELLOWS, 2006).
25
5 Etapas da liofilização
O passo prévio a liofilização é o congelamento dos alimentos, a fim de
transformar as soluções aquosas dos alimentos em uma mistura de duas fases
sendo uma constituída por cristais de gelo e a outra pela solução concentrada dos
solutos. O congelamento pode ser realizado a parte ou no próprio recinto do
liofilizador. O tipo e a velocidade de congelamento têm grande efeito na estrutura
final do alimento, porque a distribuição dos poros no alimento depende do tamanho
e da localização dos cristais de gelo formados. As condições mais adequadas para o
congelamento dependem das características particulares do alimento a ser
liofilizado. Ao liofilizar, se houver a formação de cristais de gelo grandes, com
geração de uma rede cristalina, tem-se uma boa estrutura porosa, que facilitará o
escape de vapor d’água durante a liofilização, bem como a entrada da água em sua
posterior reidratação. Ao longo da secagem por liofilização distinguem-se duas
etapas: desidratação primária, onde ocorre a maior retirada do conteúdo de água e
secundária, que visa retirar uma certa quantia da água ligada.
5.1 Congelamento Ao se congelar uma solução a água transforma-se em gelo, num grau variado,
porém de alta pureza. Logo, os constituintes não aquosos são concentrados em uma
pequena quantidade de água. Como resultado do congelamento pode ocorrer a
formação de misturas eutéticas (temperatura de fusão dos componentes da mistura
se torna a mesma e não ocorre modificações na composição) ou precipitados
amorfos, ainda pode acontecer a desidratação do material insolúvel, assim como a
coalescência de gotas de líquidos imiscíveis. A intensidade das alterações varia
conforme o alimento e a taxa de congelamento (BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
26
5.1.1 Congelamento com formação de eutético A Fig. 5 representa o diagrama de equilíbrio sólido-líquido entre a água e um sal
em diferentes concentrações e temperaturas. Ao se considerar uma solução à direita
de E, ocorre a precipitação do sal à medida que se processa o resfriamento e torna-
se cada vez mais diluída até atingir a concentração eutética. E observando-se uma
solução à esquerda de E, quando se abaixa a temperatura ocorre à separação do
gelo, e a solução remanescente torna-se cada vez mais concentrada, até atingir a
concentração eutética. Logo, abaixo da temperatura eutética (traçada no gráfico),
seguramente todo material presente no sistema encontra-se no estado sólido
(devido a formação de uma mistura eutética onde os componentes da mistura
fundem a mesma temperatura) o que é um requisito básico para a liofilização
(BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
Figura 5 – Diagrama de equilíbrio sólido-líquido entre a água e um sal.Fonte: BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998.
5.1.2 Congelamento sem formação de eutético Para uma série de soluções não se observa a formação de eutético durante o
resfriamento, quando tais soluções são resfriadas acontece a formação de gelo puro
e a solução intersticial de concentra ao longo de uma curva (EC, por exemplo) (Fig.
6). Com o aumento da concentração, a viscosidade da solução atinge valores
27
grandes, ocorrendo então a vitrificação da solução, na prática estes materiais são
denominados de sólidos amorfos (BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
Figura 6 – Congelamento sem formação de eutético.Fonte: BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998.
5.1.3 Textura do material congelado
A repartição do gelo em cristais desempenha um papel importante no
comportamento do soluto durante a liofilização, assim como nas características
finais do produto. Na prática, costuma-se denominar velocidade de congelamento
pelo número de graus Celsius dividido pela unidade de tempo, no caso segundo.
Assim, diz-se que as velocidades de congelamento são: muito lentas, quando estão
abaixo de 0,001°C/s; lentas, quando situam-se entre 0,001 e 0,06°C/s; rápidas,
compreendidas entre 0,06 e 50°C/s e, muito rápidas, acima de 50°C/s
(BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
Também se encontra a expressão da velocidade de congelamento em termos da
profundidade, num dado intervalo de tempo, em velocidade de congelamento entre
0,5 e 1 mm por minuto o gelo que se separa de uma solução eutética tem a
tendência de formar cristais de gelo na forma de agulhas, na direção em que o
congelamento se processa. Essa cristalização é chamada de direcional e está
ausente tanto em baixas como em altas velocidades de congelamento, assim como
em soluções de concentração igual ou superior a eutética (BARUFFALDI;
OLIVEIRA, 1998).
28
A velocidade com que o congelamento se processa determina a dimensão dos
cristais de gelo. O congelamento rápido produz cristais de gelo muito pequenos que
ajudam a preservar os detalhes estruturais, devido à redução dos danos a estrutura
celular do alimento, porém os pequenos poros que se formam durante a sublimação
são mais restritivos ao fluxo de vapor do que os formados pelo congelamento lento,
por serem de maior diâmetro, mas a velocidade de congelamento depende das
características que se tem a finalidade de preservar no produto, em geral opta-se
pelo congelamento rápido porque os cristais formados causarão menor dano
estrutural aos alimentos, porém o processo levará mais tempo.
5.1.4 Colapso estrutural da matriz sólida liofilizada Em todas as fases da liofilização o produto deve ser mantido em uma
temperatura limite, para evitar que ocorra qualquer alteração estrutural do alimento
sólido. O fenômeno de colapso estrutural é frequentemente confundido com fusão
eutética, e é de interesse particular na liofilização de alimentos líquidos, onde a
estrutura é formada no congelamento. A liofilização pode tanto secar um produto
sólido úmido, como transformar um alimento líquido em um sólido seco. Produtos
que no congelamento formam matrizes altamente viscosas e amorfas, não sofrem
definidas transições de fases, mas podem fluir em função da umidade e temperatura
por sua redução de viscosidade.
O colapso e a transição vítrea de polímeros amorfos são fenômenos similares.
Na transição vítrea ocorre a passagem de um líquido para o estado sólido sem
mudança de fase, quando um polímero no estado vítreo é aquecido seu volume
aumenta a uma razão constante. Abaixo da temperatura de transição vítrea o
polímero exibe um comportamento semelhante ao do vidro, ao elevar-se a
temperatura acima dos valores de transição este polímero amolece como se fosse
uma borracha, prosseguindo-se o aquecimento é convertido em uma goma e
finalmente transforma-se em líquido. Nos produtos liofilizados o colapso é uma
alteração estrutural perceptível como um encolhimento da matriz sólida liofilizada,
este encolhimento é causado pela redução de viscosidade, portanto o colapso é
resultado das forças gravitacionais de superfície que promovem o escoamento da
matriz sólida (BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
29
Figura 7 – Esquema ilustrativo do fenômeno de colapso.Fonte: BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998.
Na Tabela 1 são apresentadas as temperaturas em que ocorre o colapso em
alguns alimentos.
Tabela 1 – Temperatura de colapso de alguns alimentos durante a liofilização
Alimento Temperatura de colapso (°C)Extrato de café (25%) -20Suco de maçã (22%) -41,5Suco de uva (16%) -46
Tomate -41Milho verde -8 a -15
Batata -12Sorvete -31 a -33
Queijo cheddar -24Pescado -6 a -12
Carne bovina -12
Fonte: FELLOWS, 2006.
5.1.5 Retenção de voláteis durante a liofilização A liofilização é reconhecida como o melhor método de conservação de
substâncias voláteis entre os métodos de controle de umidade. Isso ocorre porque
há retenção de moléculas de baixo peso molecular, mesmo as com pressão de
vapor maior que a da água, devido à difusão seletiva da água através da matriz
liofilizada; significa que nas condições da liofilização o coeficiente de difusão das
moléculas voláteis é muito menor que o coeficiente da água. Em escala
macromolecular a retenção de voláteis se dá pelo aprisionamento de moléculas em
microrregiões da matriz liofilizada, o processo de alojamento dos voláteis em
microrregiões inicia no congelamento da solução, os voláteis são retidos na matriz
30
alimentar antes da sublimação do gelo. Com a continuação do resfriamento ocorre a
formação de mais gelo puro, deixando a solução intersticial mais concentrada, e
finalmente devido a alta concentração de soluto e baixa temperatura as forças
intermoleculares dentro da solução tornam-se tão grandes que ela sofre uma
transição vítrea, solidificando-se no estado amorfo. A capacidade de substâncias
amorfas reterem outras moléculas está na existência de volume livre nesses sólidos,
o estado cristalino, em decorrência de seu limitado volume livre é incapaz de
acomodar impurezas na sua estrutura, por este motivo que a cristalização sucessiva
é conhecida para purificação de substâncias (BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
Além da retenção de voláteis a liofilização pode encapsular gorduras evitando a
sua oxidação, emulsões liofilizadas de óleo em solução de açúcar, lavadas em
hexano para eliminação do óleo superficial, demonstram resistência à oxidação,
porém ao se provocar o colapso pela adição de água a oxidação se inicia
imediatamente. O mesmo se pode dizer dos voláteis retidos na matriz sólida
liofilizada, onde os voláteis ali contidos não são removidos mesmo que ela seja
pulverizada e em seguida colocada sob pressão reduzida por várias horas, porém a
eliminação dos voláteis é instantânea quando a matriz entra em colapso
(BARUFFALDI; OLIVEIRA, 1998).
Com base nos experimento realizado por Krokida (2005), é possível confirmar a
maior retenção de voláteis em amostras de maçã pelo processo de liofilização que
por secagem convencional por ar (experimentada em três temperaturas), o
experimento foi realizado monitorando-se três dos principais voláteis responsáveis
pelo sabor da maçã (acetato de etila, butirato de etila e antranilato de metila) através
de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas e como resultado
houve uma maior retenção de voláteis na maçã tratada por liofilização e percebeu-se
que na secagem convencional por ar quanto maior a temperatura utilizada na
secagem, maior foi a perda dos compostos em questão, indicando que a perda se
dá principalmente pela temperatura utilizada no processamento e pela temperatura
que o alimento atinge (Fig. 8).
31
Figura 8 - Cinética dos componentes voláteis durante a liofilização.Fonte: KROKIDA, 2006.
5.2 Desidratação primária Após o congelamento do alimento, reduz-se a pressão abaixo de 600 Pa, e
fornece-se o calor latente de sublimação do gelo, esta operação deve ser
cuidadosamente regulada e monitorada, porque precisa proporcionar a força
condutora para a sublimação, mas a temperatura deve ser mantida abaixo do ponto
triplo para evitar que o gelo se funda. A Fig. 10 representa uma curva típica de
32
secagem e a evolução da temperatura durante o processo de liofilização do
alimento. O aquecimento é feito com placas calefatoras com temperatura inicial
elevada (em alguns casos superiores a 100°C), já para alimentos sensíveis ao calor
as placas são mantidas em temperaturas menores (20 a 30°C), porém implica em
um maior tempo de processamento. Ao passo que o gelo sublima, a temperatura da
superfície do alimento começa a aumentar enquanto o interior permanece congelado
e frio, portanto é necessário que se diminua progressivamente a temperatura das
placas para evitar a queima da superfície seca do alimento. As condições típicas
utilizadas na liofilização são temperatura superficial do produto de 35 a 80 °C no
máximo, e pressão da câmara 13 a 270 Pa, em alimentos muito sensíveis ao calor e
cultivos microbianos o usual é de 20 a 30° C e pressões inferiores a 13 Pa. A
velocidade de secagem é lenta, cerca de 1,5 kg de água m-2.h-1 correspondente a um
avanço na frente de sublimação de 0,2 a 0,3 cm.h-1. Nessa etapa ocorre a
sublimação do gelo, podendo levar de 6 a 10 horas, até reduzir o conteúdo de água
a 15 % sobre o peso úmido inicial. É importante que o vapor d’água gerado seja
eliminado à medida que vá sendo produzido, com a finalidade de que a pressão de
vapor no liofilizador se mantenha abaixo da pressão de vapor na superfície do gelo.
A velocidade da liofilização nesta etapa é dependente da resistência do alimento à
transferência de calor para frente de sublimação e de massa (vapor) para a câmara.
O final da desidratação primária pode ser constatado pelo aumento da temperatura
do produto num valor próximo ao do ambiente ou pela observação visual quando
desaparece a interface entre camada seca e camada congelada (ORDÓÑEZ, 2005).
33
Figura 9 – Curva de secagem, das temperaturas das placas de aquecimento e do produto durante a liofilização.
Fonte: ORDÓÑEZ, 2005.
5.3 Desidratação secundária
Também chamada de dessorção, ocorre depois que todo gelo já foi eliminado do
alimento, mas o alimento continua retendo certa quantidade de água líquida e para
obtenção de um produto estável o conteúdo de umidade deve ser reduzido a cerca
de 2 a 8 %, que corresponde a água fortemente ligada, por evaporação ou
dessoração. Este resultado pode ser obtido se o alimento parcialmente seco
permanecer no liofilizador por cerca de 2 a 6 horas e for aquecido até sua
temperatura se igualar a da placa (20 a 60 °C), mantendo-se o vácuo, assim ocorre
a evaporação de grande parte da água residual, outra possibilidade é a finalização
através de outro método de secagem, em decorrência dos elevados custos do
processo de liofilização. Ao término da secagem antes da retirada do alimento da
câmara, deve haver a introdução de um gás inerte, em geral utiliza-se o nitrogênio,
para rompimento do vácuo, pois se ocorrer à entrada de ar na câmara os produtos
imediatamente absorveriam umidade. O tempo desta etapa é cerca de 30 a 50 % do
tempo gasto com a etapa anterior (ORDÓÑEZ, 2005).
34
6 Efeitos nos alimentos
Os alimentos que passam pelo processo de liofilização apresentam alta retenção
das características sensoriais e qualidade nutricional, apresentam uma vida de
prateleira maior quando corretamente embalados, dependendo do alimento é
possível a permanência em temperatura ambiente. Os compostos aromáticos
voláteis não são absorvidos pelo vapor d’água e ficam presos na matriz do alimento,
sendo possível uma retenção de 80 a 100 % do aroma do alimento. Ainda,
possibilitam maior facilidade no transporte, devido à leveza e por não necessitarem
de refrigeração, acarretando um menor custo no transporte (EVANGELISTA, 2005).
A textura dos alimentos liofilizados é mantida, havendo pouco encolhimento e
nenhuma formação de crosta na superfície, a estrutura porosa, aberta pela saída
dos cristais de gelo, permite à rápida e completa reidratação, mas esta estrutura é
frágil e requer proteção contra danos mecânicos, a presença destes poros também
influência na deterioração oxidativa dos lipídeos, pois permite a entrada de oxigênio,
mas este problema pode ser resolvido ao embalar o alimento com gás inerte.
Também propicia um aumento na digestibilidade dos alimentos, devido a mudança
nas estruturas quaternária e terciária das proteínas; após a retirada de água ocorre
mudança nestas estruturas devido a exposição das partes hidrofóbicas da proteína,
antes protegidas no interior das estruturas terciárias e quaternárias, em função da
não afinidade com a água. Ocorrem apenas alterações mínimas nas proteínas,
amidos e outros carboidratos, já nas vitaminas observa-se a perda moderada de
ácido ascórbico (vitamina C) e tiamina, enquanto nas demais se podem observar
perdas mínimas, conforme a Fig. 10 (EVANGELISTA, 2005; FELLOWS, 2006).
35
Figura 10 – Perda de vitaminas durante a liofilização.
Fonte: FELLOWS, 2006.
A liofilização impede ação de microrganismos aeróbicos devido à ausência de
oxigênio, a retirada da água funciona ainda como um método de controle
microbiano, devido ao fato dos microrganismos necessitarem de água disponível
para desenvolverem suas atividades metabólicas. Alguns mofos podem crescer em
umidades baixas como cerca de 12 % mas existem alguns que podem crescer em
alimentos com um teor de umidade inferior a 5 %. As leveduras e bactérias já são
mais exigentes no teor de umidade para seu desenvolvimento necessitando por
volta de 15 a 25 %. As frutas secas apresentam um teor de umidade em torno de 15
a 25 % já as frutas liofilizadas apresentam um teor de 5 % aproximadamente,
restringindo em grande parte a condição de desenvolvimento de microrganismos
(EVANGELISTA, 2005; GAVA, 2002; OETTERER, 2006).
Nas tabelas 2, 3 e 4 são apresentados respectivamente, dados de umidade
máxima de alguns alimentos, rendimentos obtidos do processo de liofilização de
diversos alimentos e volume de matéria-prima necessária para uma determinada
quantidade de produto.
36
Tabela 2 – Teor máximo de umidade para diversos alimentosAlimento Umidade máxima (%)
Amidos e féculas 13 – 14
Café solúvel 3
Frutas liofilizadas 5
Frutas secas ou dessecadas 25
Massas alimentícias ou macarrão fresco 30
Massas alimentícias ou macarrão seco 13
Sopas desidratadas 10
Fonte: OETTERER, 2006.
Tabela 3 - Rendimento para produtos desidratados
Produto Rendimento (%)
Batata desidratada 10
Beterraba desidratada 7,7
Beterraba em pó 7,7
Carne liofilizada 20
Cebolinha desidratada 5
Cenoura desidratada 6
Frango liofilizado 20
Mandioquinha desidratada 20
Milho verde liofilizado 25
Morango liofilizado 5
Palmito liofilizado 6,6
Tomate em pó 5
Fonte: OETTERER, 2006.
37
Tabela 4 – Volume de matéria-prima necessária para a obtenção do produto liofilizado
Alimentos Antes da liofilização (kg) Depois da liofilização (kg)
Banana 32 1
Cebola 10 1
Espinafre 32 1
Fonte: EVANGELISTA, 2005.
38
7 Conservação de alimentos desidratados
A qualidade e a vida útil dos alimentos liofilizados são excelentes por várias
razões, a temperatura máxima que o alimento alcança é moderada, logo as reações
químicas e enzimáticas são limitadas, como a desidratação ocorre no estado sólido
não possibilita a movimentação de líquidos e solutos, contração do sólido ou
endurecimento superficial, logo o produto final conserva o tamanho e a forma do
alimento original. É importante salientar que os alimentos desidratados não são
estéreis, a redução do número de microrganismos como resultado nas operações de
desidratação é baixa e a inativação de enzimas é parcial. Os alimentos desidratados
são frágeis e quebradiços tornado-se mais sensíveis a danos mecânicos. Os
alimentos desidratados porosos são mais suscetíveis as reações de oxidação (de
lipídeos, pigmentos, vitaminas e substâncias aromáticas) o que limita sua
conservação, por isso é aconselhável o acondicionamento no vácuo, em atmosferas
inertes (embalados com nitrogênio), embalagens impermeáveis ao oxigênio e
opacas. A umidade final dos produtos desidratados chega a cerca de 1 a 5 %, o que
possibilita a conservação dos produtos por um período mais longo de tempo,
contanto que seu armazenamento se proceda de forma correta com embalagens
adequadas e correta manipulação. A vida útil dos alimentos liofilizados pode chegar
até a um ano em temperatura ambiente (ORDÓÑEZ, 2005).
39
8 Reconstituição de alimentos desidratados
Ao reconstituir alimentos desidratados é importante ter um conhecimento das
isotermas de sorção de água, que são gráficos que relacionam quantidade de água
com a atividade de água, ambas do alimento e em temperatura constante (Fig. 11).
Estas isotermas são úteis aos processos de concentração e desidratação porque
mostram a facilidade ou dificuldade de eliminar a água, e estão relacionadas com a
estabilidade dos alimentos.
Figura 11 – Isotermas da águaFonte: FELLOWS, 2006.
A disposição dos alimentos desidratados para reidratação é um indicativo da sua
capacidade de absorver água e de chegar a um estado próximo ao do alimento
original. Algumas vezes a reidratação pode ser difícil e para facilitá-la utiliza-se água
quente, água ligeiramente salgada ou emprego de agentes umectantes que
diminuem a tensão superficial. A reconstituição de alimentos desidratados depende
de alguns fatores que variam conforme a forma em que se encontram os alimentos.
Nos alimentos desidratados inteiros ou fragmentados em porções:
40
a) Da estrutura dos fragmentos, que se mostram favoráveis a reidratação devido
à estrutura porosa que adquirem com a secagem
b) Do grau de alteração experimentado durante a secagem pelos componentes
que retêm água (principalmente proteínas e amidos), em decorrência disso
que a reconstituição de vários produtos depende da velocidade de
desidratação, logo o possível dano térmico durante a dessecação ou causado
por congelamento inadequado pode levar a redução da capacidade de
retenção de água e assim após a reconstituição este alimento terá um
aspecto e textura deficitários.
Nos alimentos dessecados em pó:
a) Umectabilidade que é a capacidade das partículas de pó adsorver água na
superfície, começando assim a reidratação. Essa propriedade depende muito
do tamanho das partículas, quando elas são pequenas e apresentam uma
grande relação área/massa elas não se umedecem individualmente formando
então aglomerados com a camada superficial umedecida que se opõe a
difusão da água no interior. A composição das partículas, e em destaque a
natureza da superfície das partículas, influenciam também na umectabilidade,
como exemplo a presença de gordura livre na superfície reduz essa
propriedade de forma considerável, sendo que às vezes é necessário até
mesmo adição de agentes com atividade de superfície.
b) Solubilidade que representa a velocidade e grau com que as partículas se
dissolvem na água, sendo dependente principalmente das características
físicas e composição química do alimento.
c) Dispersabilidade que é caracterizada pela facilidade com que as partículas
se distribuem individualmente na superfície e dentro da água de
reconstituição.
d) Submergibilidade é a habilidade das partículas de pó de afundar rapidamente
na água de reconstituição, dependendo principalmente do tamanho e
densidade das partículas, por exemplo, quando se tratam de partículas
grandes e densas essas submergem com rapidez, porém para partículas
relativamente grandes que contenham ar retido apresentam pouca
submergibilidade em razão de sua baixa densidade (ORDÓÑEZ, 2005).
41
9 Custo do processo de liofilização
A liofilização tem uma aplicação ainda limitada na indústria alimentar, em
decorrência do custo do equipamento e de operação ser muito elevado. O frio para o
congelamento do alimento, a condensação do vapor d’água e a manutenção de
vácuo atribuem custo elevado à operação, além do mais a operação se processa de
forma bastante lenta, um liofilizador de 15 m³ sublima entre 50 e 60 kg de água por
hora. Portanto, este custo elevado só pode ser aceito em matérias-primas de alto
valor comercial ou muito sensíveis ao calor, sendo mais adequadas para alimentos
particulados. Entre os produtos que são conservados por liofilização destacam-se
café em pó, mariscos, carne, peixe, ervas aromáticas, frutas e hortaliças (morangos,
framboesas, aspargos), cogumelos, alimentos infantis, preparações (café com leite,
sopas), leite, queijo, iogurte, ovo, condimentos e extratos solúveis. Também são
submetidas ao processo dietas completas (também chamadas de rações) onde
podem se incluir refeições pré-cozidas para o uso militar, viagens espaciais,
expedições, esportes específicos. O café é o produto liofilizado mais consumido, e o
emprego da liofilização se dá pelo alto valor da matéria prima, altas taxas de
extração e preservação de componentes voláteis. Para a redução de custo do
processo de liofilização utiliza-se a pré-concentração do alimento, porém deve-se ter
atenção para que esta concentração seja suave e não altere as características
originais do alimento, comumente feita em café e suco de frutas, por
crioconcentração até 38 % (p/p) de sólidos antes de serem liofilizados. É um método
empregado também na conservação de produtos biológicos, medicamentos
injetáveis, vacinas, plasma sanguíneo, tecidos humanos para transplantes, cultivos
de bactérias e vírus (EVANGELISTA, 2005; OETTERER, 2006; ORDÓÑEZ, 2005).
42
10 Conclusão
A liofilização é uma técnica muito superior de conservação que as demais, por
preservar as características do produto de modo particular, fato que nem sempre
acontece nas demais técnicas, na liofilização a decomposição térmica e perda de
voláteis são reduzidas significativamente, preservando assim características
essenciais de um alimento.
A conservação proveniente da redução de atividade de água possibilita uma vida
de prateleira bem maior ao alimento, por reduzir notoriamente a possibilidade do
desenvolvimento de microrganismos e por retardar as reações enzimáticas.
Entretanto, os alimentos que passam por um processo de liofilização devem ser
embalados de forma espacial (vácuo, atmosfera modificada), para não permitir a
entrada de umidade na embalagem, o que afetaria negativamente as características
do alimento liofilizado.
A liofilização também reduz a necessidade de refrigeração para o armazenamento
dos alimentos que foram submetidos a ela, desta forma acaba reduzindo custos no
transporte e armazenagem destes produtos, além do mais o volume e o peso do
alimento que passa pelo processo é diminuído, possibilitando ainda mais a redução
desses custos.
Nutricionalmente também se mostra um bom método de preservação de
características, pois interfere menos no conteúdo de vitaminas, e a desnaturação
protéica que ocorre pode até mesmo ser benéfica, por possibilitar uma maior
digestibilidade das mesmas.
O alimento que passa por esse processo apresenta fácil reconstituição
(reidratação) e boa aparência após sua reconstituição. O alimento mais popular no
Brasil que é submetido a este processamento é o café solúvel.
O inconveniente do processo é seu elevado custo de equipamentos e operação,
que são mais elevados que os demais métodos, por isso a técnica não é
frequentemente aplicada, sendo mais utilizada para matérias primas com alto custo
de venda, para compensar o preço do seu tratamento, a técnica também aumenta
largamente o tempo de processamento.
43
O método vem sofrendo combinações com outro a fim de redução de tempo e
custo e também vem sofrendo aprimoramento para possibilitar uma maior
aplicabilidade.
44
11 Referências
BARUFFALDI, Renato, OLIVEIRA, Maricê Nogueira de. Fundamentos de tecnologia de alimentos. São Paulo: Atheneu, 1998. 317p.
DESROSIER, Norman W. The technology of food preservation. 3ed. Westport,
Connecuticut: The avi publishing company, inc., 1970. 493p.
EVANGELISTA, José. Tecnologia de alimentos. 2ed. São Paulo: Atheneu, 2005.
652p.
FELLOWS, P. J. Tecnologia do processamento de alimentos: Princípios e prática.
2ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. 602p.
FENNEMA, Owen R. Water and ice. In: Food chemistry. 3ed. New York: Marcel
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GAVA, Altanir J. Princípios de tecnologia de alimentos. São Paulo: Nobel, 2002.
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KROKIDA, M. K. Volatility of apples during air and freeze drying. Journal of Food Engineering, n.73, p.135–141, 2006.
MAFART, Pierre. Ingenieria industrial alimentaria: Procesos fisicos de
conservacion. Zaragoza: Acribia, S.A., v. 1, 1994. 285p.
OETTERER, Marília. Fundamentos de ciência e tecnologia de alimentos. Barueri:
Manole, 2006. 664p.
ORDÓÑEZ, Juan A. Tecnologia de alimentos: Componentes dos alimentos e
processos. Porto Alegre: Artmed, v. 1, 2005. 294p.
45
POTTER, Norman N. La ciencia de los alimentos. México: Centro regional de
ayuda tecnica, 1973. 749p.
