Cons Alimetos -Apresentação2010

5/8/2018 Cons Alimetos -Apresentação2010 - slidepdf.com

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Utilização do Frio na Conservaçãode Alimentos

Leo Kunigk

Setembro de 2010

Objetivo do uso do frio na conservação de alimentos

Aumentar a vida de prateleira dos alimentos

Reduzindo:

Reações bioquímicas;

Reações químicas;

Taxa de respiração;Crescimento de microrganimsos;



Reações bioquímicas

Escurecimento enzimático:

oxigênio do ar + substrato + enzima compostos escuros

(compostos fenólicos) (melanina)

Temperaturas < 7 °C controlam ação da polifenoloxidase mas não destrói enzima

Ação da polifenoloxidase

Cubos de batata



Reações químicas

Oxidação de gorduras rancificação

0 20 40 60 80 100

86

88

90

92

94

96

98

100

102

C a r o t e n ó i d e t o t a i s ( µ g / g )

Tempo de estocagem (dias)

Redução do valor nutricional oxidação de vitaminas

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

20

40

60

80

100

A s c o r b a t o ( % d e r e t e n ç ã o )

Tempo decorrido após a colheita (dias)

AmbienteResfriado (4°C)Congelado

Ascorbato em espinafre carotenóide em polpa de pitanga

Taxa de respiração

calor O H CO O O H C ++→+ 2226126 666

Glicose:

calor O H CO O O H C ++→+ 222112212 111212Sacarose:

calor O H CO O O H C ++→+ 222564 343Ácidos málico:

Tecidos vivos respiram!



Maior a temperatura de estocagem

116,132,517,4Uvas

394,783,653,4Pêssegos

406,395,265,0Pepinos

835,8278,6157,9Morangos406,395,265,0Melões

241,467,339,5Laranjas

394,783,653,4Damascos

650,0220,6137,0Couve-flor

394,7169,5104,5Cenouras

139,369,632,5Batatas

3102,31066,4557,2Alface

15,54,40,0

Temperatura (°C)Produto

maior a taxa de respiraçãomaior consumo de nutriente

maior a quantidade de etilieno liberadomais rápida é a senescência

Taxa de respiração

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0

50

100

150

200

250

300

350

Temperaturas recomendadas

maçãs : -1,0 - 4,0 °Calho : 0,0 °Cendív ias: 0,0 °Cbróco lis: 0,0 °Ccebola verde: 0,0 °Cespinafre: 0,0 °Calface: 0,0 °Ccogumelo: 0,0 °Cervilha: 0,0 °Cmilho verde: 0,0 °C

milho verde: 41 mg/kg.hervilhas: 40 mg/kg.h

espinafre: 21 mg/kg.hcogumelo: 36 mg/kg.h

alface: 18 mg/kg.h

Atividade respiratória (mg CO2.kg-1.h-1)

cebola verde: 25,4 mg/kg.h

brócolis: 20 mg/kg.h

endívia: 18 mg/kg.h

alho: 9 mg/kg.h

maçãs: 5 mg/kg.h

V i d a ú t i l ( d i a s )



Perda de massa e Alteração de Textura

Ressecamento desnaturação das proteínas e rancificação

Enrrugamento

Queima pelo frio

1,05-8,0

0,85-10,0

0,7-12,0

0,55-15,0

0,4-20,0

0,3-25,0

0,2-30,0

Perda demassa (%)

Temperaturade estocagem

(°C)

Perdas de massa em carcaças deovelhas estocadas por quatrosemanas.

Perdas de massa com perda de turgidezde uvas estocadas a 3°C..



Multiplicação de Microrganismos

Microrganismos classificados como:

Temperaturas de crescimento para os 4 grupos de microrganismos

-5 a 525 a 3030 a 35Psicrotróficos

-5 a 510 a 1515 a 20Psicrófilos

38 a 5055 a 8060 a 90Termófilos

5 a 1530 a 4535 a 50Mesófilos

Temperaturamínima (°C)

Temperaturaótima (°C)

Temperaturamáxima (°C)



Crescimento de microrganismos



Tempo de geração

Tabela 4 - Relação entre a temperatura e o tempo de geração de alguns microrganismos(Snyder, 1992).

10,040,038,036,035,0

15,054,0 minutos46,0 minutos37,032,2

42,0 minutos1,51,350,0 minutos26,72,33,02,11,321,1

10,0 horas6,04,22,315,6

SC13,39,2 horas4,610,0

SC66,7 horas (5°C)1,010,04,4

SCSC2,016,71,7

SCSC5,0 dias24,00,0

SCSCSC40,0 horas-2,7

Clostridium perfringens

Espécies deSalmonella

Listeria monocytogenes

BactériasdeterioradorasTemperatura

Tempo para população dobrar de tamanho

Contaminação bacteriana

1

8

100

2

64

101

3

512

102

4

4096

103

5

32768

104

0

1

100

Contagem

Bacteriana:

Tempo(horas)

7

2097152

106

6

105

262144



Equacionando o crescimento microbiano

22nn.. XXoo

..

..

..

2.2.22.2.2XXoo

2.2.2.2. XXoo

2.2. XXoo

XXoo

PopulaPopulaççãoão

..

..

..

n.n.ΘΘgg

3.3.ΘΘgg

2.2.ΘΘgg

ΘΘgg

00TempoTempo

ΘT = n. ΘΘgg

ΘT

Θgn =

XXff = 2= 2nn.. XoXo

2lnlnln

2

⋅Θ

Θ+=

⋅=Θ

Θ

g

T o f

o f

X X

X X g

T

Influência da temperatura de estocagemno crescimento bacteriano em carne depescado.

Influência da temperatura de estocagemno crescimento bacteriano em leite



50 °F10 °C

40 °F4,4 °C

32 °F0 °C

Efeito da temperatura sobre o crescimento bacteriano em carne de frango.

Exercícios

A vida de prateleira de uma salsicha é definida quando a população de Lactobacillus

atinge 106 UFC/g de produto. Nessa concentração a produção de limo é muito grande

e o produto perde o valor comercial. Sabendo que o tempo de geração de

Lactobacillus a 4 °C é de 20 horas, quanto tempo o produto pode se armazenado

nessa temperatura se a concentração inicial for de 102 UFC/g? Caso o tempo de

geração passe a ser 40 min, quanto tempo seria necessário para atingir a população

de 106 UFC/g de produto?

Staphylococcus aureus , uma bactéria que provoca intoxicação alimentar é

transmitida aos alimentos devido a uma manipulação inadequada. Seu tempo degeração é 30 minutos nas condições ideais de multiplicação. Supondo que a

contaminação inicial seja de 250 UFC/g e que o alimento encontra-se estocado na

temperatura ideal para a sua multiplicação, qual será a população final desse

microrganismo após doze horas?



Iogurte com polpa de morango foi contaminado durante o seu processamento com

Escherichia coli , um microrganismo classificado como entérico pois habita o intestino deanimais de sangue quente e portanto apresenta uma temperatura ótima de

multiplicação ao redor de 36 °C. Nesta temperatura o tempo de geração gira em torno

de 20 minutos. Como iogurte não corresponde ao seu habitat natural e além disso, ele

será estocado a 10 °C, essa bactéria deve, antes de atingir a fase de crescimento

exponencial, se adaptar às novas condições impostas ou seja, existirá uma fase lag de

6 horas. Qual o tempo necessário para que o leite atinja uma população de 104 UFC/g

sabendo que na temperatura de estocagem o tempo de geração é igual a 11 horas e a

população inicial era de 250 UFC/mL?

Admita agora que esse produto permaneça a 36 °C, qual será o tempo no qual esse

produto atinge a população de 104 UFC/g.

Estados Unidos da América do Norte, 1998-99

Extensão : 101 pessoas doentes21 mortes

Alimento causador : salsicha para cachorro quente

Microrganismo : Listeria monocytogenes

Causa : contaminação cruzada proveniente do sistema de ar condicionado

Conseqüências : ● 7,7.106 kg de salsichas retirados do mercado● custo do recall: US$ 76.106

● US$ 2.105 em multas

● doação de US$ 3.106 para pesquisaem segurança alimentar



Tempo e Temperatura de Estocagem

Quanto tempo um produto pode ser estocado a baixas temperaturas?

Alimento estrutura biológica complexa

Reações bioquímicas

Reações químicasVelocidades são reduzidas

Crescimento de microrganismos < -10°C param de se multiplicar

- Composição afeta processo de deterioração

Gorduras insaturadas deterioram mais rapidamente

- Área específica (cm2 /g) maior mais rápida é a decomposição

Relação tempo e temperatura para detectardeterioração de carnes.



Definir melhor relação tempo-temperatura de estocagem

Conceito:High Quality Life (HQL) ou Tempo de Alta Qualidade (TAQ)

Tempo para detectar a primeira alteração por degustadores experimentados

TAQ é função da temperatura

Varia consideravelmente ao longo da cadeia de

produção, distribuição e comercialização

Atenção!

Mudanças que ocorrem durante estocagem são acumulativas e irreversíveis

Deve-se garantir que:

0,1<TAQ

estocagem de total tempo

∑ <

n t

t t TAQ

estocagem de tempo

1

0,1

Caso alimento seja estocado nas temperaturas 10, -25, -15 e 8 °C tem-se:

∑ <+++=

°

°

°−

°−

°−

°−

°

°n t

t C

C

C

C

C

C

C

C

t TAQ TAQ TAQ TAQ TAQ

estocagem de tempo

1

0,18

8

15

15

25

25

10

10 τ τ τ τ



Tempo de Alta Qualidade – Temperatura de Estocagem

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -50,1

1

10

100

1000

T e m p o d e A l t a Q u a l i d a d e p a r a b i f e b o v i n o

( d i a s )

Temperatura de estocagem (°C)

Usado para determinar variação de temperatura para reduzir 90% do TAQ

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -50,1

1

10

100

1000


( d i a s )

Temperatura de estocag em (°C)

)()(

TAQ c dt

TAQ d ⋅−=

)(303,2

log 122

1 t t c

TAQ

TAQ −⋅=

)(ln

)(

12

1

2

2

1

2

1

t t c TAQ

TAQ

dt c TAQ

TAQ d t

t

TAQ

TAQ

−⋅−=

∫ ⋅−=∫

reta da angular e coeficient c

=

303,2

TAQ

temperatura

Log100

Log10

t1 t2

z

z t t

c 110log100log303,2 12

=−

−=

z

t t

TAQ TAQ

z

t t

TAQ

TAQ

12

10

)(log

21

12

2

1

−

⋅=

−=



Exemplo:

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 00,1

1

10

100

1000


( d i a s )

Temperatura de estocagem (°C)

-22,6°C -14,7°C

Z = 7,9°C

A partir da figura ao lado, determinar

o TAQ para as temperaturas -12,0 e0,0 °C sabendo que a -20,0 °C o TQAé igual a 60 dias.

Solução:

1º) Determinar o valor de z.

2º) Calcular os valores de TAQpara -20,0 e 0,0 °C.

dias TAQ TAQ

se tem C para

8,51060

:0,12

9,7)12(20

1 ==⋅=

−°−

−−−

dias TAQ TAQ

se tem C para

18,01060

:0,0

9,7)0,0(20

1 ==⋅=

−°

−−

Exercício

Utilizando a tabela 10, determinar o tempo de estocagem de alta qualidade parapescado magro estocado em balde de gelo. Admitir que para um determinadoatributo de qualidade o valor de z = 5 °C.

Tabela 10 – Tempo de estocagem (dias) para que ocorra uma alteração perceptívelna qualidade de alguns pescados estocados a -18°C.

120-18060-180Lagosta cozida, ostras ou caranguejo

180-24090-120Camarão, vieira

210-30090-120Pescado magro

120-18060-90Pescado gordo (salmão, truta, sardinha)

SignificanteLeve

Dias para detectar alteraçãoProduto



TQA para -18 °C 90 – 120 dias

TAQ0°C = TAQ-18°C . 10

t2 – t1z

TAQ0°C = 100 . 10

-18 – 05

TAQ0°C = 0,025 dias ou 0,6 horas

Solução

Exercício

Utilizando a tabela 9, determinar o tempo o valor de z para cor de ervilha e em

seguida determinar o valor do TAQ para uma temperatura de 0,0°C.

Tabela 9 – Tempo de estocagem (dias) para que ocorra uma alteração perceptívelna qualidade de alguns vegetais.

1748763145-4

30820201362711-7

9428607061189048-12

29610115035029158305202-18

SaborCorSaborCorSaborCorSaborCor

VagemEspinafreCouve-florErvilhaTemperatura

(°C)



Solução

1º) determinar equação que representa TAQ em função da temperatura:

2º) coeficiente linear =

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2

10

100

Log Cor = 0,245 - 0,116.T

T A Q ( d i a s )

Temperatura (°C)

-15,2 -6,6

z = -6,6 – (-15,2)

z = 8,6°C

1z

1z

= 0,116 → z = = 8,6°C ou então1

0,116

Assim:

TQA para 0,0 °C

TAQ0°C = TAQ-18°C . 10

t2 – t1z

TAQ0°C = 202 . 10

-18 – 08,6

TAQ0°C

= 1,63 dias ou 39 horas



Do ponto de vista comercial

Tempo Prático de Estocagem (TPE)

produto adequado para o consumo

-26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6100

200

300

400

500

T e m p

o P r á t i c o d e E s t o c a g e m

( d i a s )

Temperaura de estocagem (°C)

TPE de carne bovina moída e embaladaem filme de PEBD.

Determinar perdas dequalidade durante a

vida de prateleira.

Exemplo

Determinar a perda total de qualidade de carne moída.

Tabela 13 – Cálculo da redução da vida de prateleira ao longo da vida de carne moídaembalada em filmes de PEBD (Robertson, 1992).

Perda total de qualidade =340 diasTempo total de estocagem:

dias

-18Freezer doméstico

-8Transporte

-20-12

Gôndola supermercadoprateleira superiorprateleira inferior

-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)

Temperaturamédia (°C)

Etapa da cadeia dedistribuição

16

40

2

190

1

30

1

206

50





dias


-8Transporte

-20-12


-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)



16

40

2

190

1

30

1

206

50

Obter dados dafigura 16


dias


-8Transporte

-20-12

Gôndola supermercadoprateleira superior

prateleira inferior

-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)



16

40

2

190

1

30

1

206

50

420

350

480

300

420

230

350180

120

300

Dados obtidosda figura 16




dias


-8Transporte

-20-12


-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)



1

6

40

2

190

1

30

1

206

50

420

350

480

300

420

230

350180

120

300


238,0420100

==diária Perda


dias


-8Transporte

-20

-12

Gôndola supermercado

prateleira superiorprateleira inferior

-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)



16

40

2

190

1

30

1

20

6

50

420

350

480

300

420

230

350

180

120

300

0,238

0,286

0,206

0,333

0,238

0,435

0,286

0,556

0,833

0,333


TPE diária Perda

100=




dias


-8Transporte

-20-12


-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)



1

6

40

2

190

1

30

1

206

50

420

350

480

300

420

230

350180

120

300

0,238

0,286

0,206

0,333

0,238

0,435

0,2860,556

0,833

0,333


TPE diária Perda

100=

Perda = 0,238 . 40



dias


-8Transporte

-20-12


-15Transporte

-23Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-23Processador

Perda(%)

Perdadiária

(%/dia)

TPE(dias)

Tempo deestocagem

(dias)

Temperaturamédia (°C)Etapa da cadeia de

distribuição

16

40

2

190

1

30

1

206

50

420

350

480

300

420

230

350180

120

300

0,238

0,286

0,206

0,333

0,238

0,435

0,2860,556

0,833

0,333

9,5

0,6

39,9

0,3

7,2

0,2

5,83,4

0,1

16,5

83,6%

Sobram ainda 16,4% da qualidade total.

Estocando-a a -18°C tem-se ainda: 16,4% . 300 dias100%

= 49 dias de estocagem



A partir da tabela1 abaixo determinar o TPE para morangos congelados conhecendoas temperaturas em cada uma das etapas da cadeia produtiva e de distribuiçãoapresentadas na tabela 2.

8585--1010

44--11

1717--55

400400--1515

10901090--1818

20502050--2020

40004000--2222

1100011000--2525

TPE*TPE*(dias)(dias)

TemperaturaTemperaturade estocagemde estocagem

((°°C)C)

* Valores estimados a partirde dados da literatura.

Tabela 1

300 diasTempo total de estocagem:

dias


-8Transporte

-20-15


-15Transporte

-22Distribuidor

-18Transporte

-25Estocagem

-20Transporte

-18Produtor

Tempo deestocagem

(dias)



1

12

120

1

200

1

100

1

3012

60

Tabela 2 – Tempo e temperatura na cadeia de distribuição.

Processo de Congelamento

T e m p e r a t u r a

Temperatura de

congelamento

Tempo

Resfriamento

rápido

Congelamento

Mudança de fase

A

B

C

Super-resfriamento

DE

Pré-resfriamento

Curva de congelamento da água

Remoção de calor sensível

Remoção de

calor latente

Remoção decalor sensível



Alimentos congelam entre -1 e -5 °C

Curvas de congelamento

Congelamento de atum

Congelamento de carcaças de ovelha



Congelamento de carne bovinaCongelamento de massa de pão

Congelamento rápido para evitar danos ao tecido

Passar rapidamente pela zona de formação de gelo

Muitos cristais com pequenas dimensões



Congelamento a -18°C de hambúrgueres

7 minutos 3 horas

Alimento solução com diversos compostos

Pontos de congelamentodiferentes

Tabela 17 – Temperaturas de congelamento para vários alimentos

-0,7292,9Polpa de tomate

-0,8989,3Morangos

-0,5690,2Espinafre

-1,6183,8Ervilhas

-1,5685,1Pêssegos

-1,1789,0Suco de laranja-1,7884,7Suco de uva

-1,1187,5Cenouras

-0,6792,6Aspargos

-11,3349,8Suco de maçã concentrado

-1,4487,2Suco de maçã

Temperatura inicialde congelamento

(°C)

Conteúdo de água(% mássica)Alimento



Quantidade de água também afeta o ponto de congelamento

Tabela 18 – Temperatura inicial de congelamento paradiversos tipos de carne em função da sua composição(Ochoa y Amézquita, 2006).

-1,8711,8Gordura suína

-0,90

-1,00-1,75

72,5

74,074,5

Suína

-2,6917,6Gordura bovina

-0,80-0,82-1,00-1,01-2,00-2,80

80,075,074,070,060,050,0

Bovina

Temperatura inicialde congelamento

(oC)

Umidade(%)

Tipo de carne

Quantidade de água congelada no alimento

- Função da temperatura

Tabela 16 – Porcentagem de água congelada em função da temperatura de estocagem (Heldman and Lund, 2007).

90898784765074,5Carne bovinamagra

90898884778080,3Pescado

--90--878018086,5Clara de ovos

80 a -40°C

----73656040,0Gema de ovos

9690867961075,8Ervilhas

9592898267085,1Pêssego sem

caroço

----95938435092,9Polpa de tomate

95--96898014089,3Morangos

9592888269085,5Cebolas

----928676087,5Cenouras

-30,0-20,0-16,0-10,0-5,0-1,00,0

Porcentagem de água congeladaTemperatura (°C)% total de

águaProduto



- Função da composição / teor de água livre

em carne bovina fresca apenas 90% da água congela

10% da água ligada à proteína

Teor de água congelada em massa de pão.

~36%



- Função da distância da superfície

Figura 24 – Variação da temperatura no interior deum bife em função do tempo (Rebellato et al 1987).

Figura 26 – Isotermaspara carne bovinaembalada em caixas

de papelão após 27horas de refrigeraçãoem câmara fria que seencontra a -25 oC comar a uma velocidadede 5,0 m/s (Lovett,1979).

Propriedades físicas de Alimentos

Calor específico

Condutividade térmica

Entalpia

Variam com a temperatura

Valores tabelados

Estimados utilizando:

Equações matemáticas



Calor Específico

cp

⋅K kg

J

⋅ F lb

BTU o

⋅ C kg

kcal o

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 1201,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

C a l o r e s p e c í f i c o ( k J . k g

- 1 . ° C - 1 )

Temperatura (°C)

Figura 33 – Variação do calor específico daágua em função da temperatura.

Para a água:

Para alimentos:

composição

teor de água

Figura 34 – Calores específicos para sucosde laranja concentrados (Chen, 1979).



Tabela 19 – Valores de calor específico para diversos alimentos antes e após o congelamento.

0.391.630.390.763.180.76Atun

0.411.720.410.823.430.82Truta

0.371.550.370.712.970.71Salmão

Pescado e frutos do mar

0.351.470.350.672.810.67Peru

0.361.510.360.692.890.69Salsicha

0.331.380.330.592.470.59Carne suína

0.441.840.440.652.720.65Frango

0.482.010.480.682.850.68Carcaça bovina

Carnes, produtos cárneos e ovos

0.451.880.450.953.980.95Tomates vermelhos

0.451.880.450.953.980.95Morangos

0.411.720.410.853.560.85Ervilhas frescas

0.261.090.260.391.630.39Ervilhas secas

0.431.80.430.893.730.89Suco de laranja

0.471.970.470.93.770.9Leite bovino

0.421.760.420.863.60.86Uvas

0.441.840.440.913.810.91Cenoura

0.41.670.40.83.350.8Bananas

0.421.760.420.873.640.87Maçãs

Produtos hortículas

(Kcal/kg o C)(KJ/kg o C)(Btu/lb o F)(Kcal/kg o C)(KJ/kg o C)(Btu/lb o F)

Calor específico após o congelamentoCalor específico antes do congelamento

Alimento

onde: Xc =fração de carboidrato, Xp = fração de proteína, Xf = fração de gordura, Xa =fração de cinzas e Xm = fração de água

acima do ponto de congelamento:

Heldman and Singh:

onde: Xf = fração de gordura, Xs = fração de sólidos e Xm = fração de água


Charm:

Equações mais genéricas

onde: Xm é a fração mássica de águaEssas equações, quando Xm = 1 fornecem os valores do cp para água


Dickerson:

abaixo do ponto de congelamento:


Siebel:

Alimentos com elevado teor de água

m a f p c X X X X X cp ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= 187,4837,0675,1549,1424,1

m s f X X X cp ⋅+⋅+⋅= 187,4256,1094,2

67,151,2 +⋅= m X cp

837,035,3 +⋅= m X cp

837,026,1 +⋅= m X cp



Condutividade térmica

k

⋅⋅ K h m

kJ

⋅⋅ F h ft

BTU o

⋅⋅ C h m

kcal o

-20 -10 0 10 20 30

0,5

1,0

1,5

2,0

C

o n d u t i v i d a d e t é r m i c a

( W . m

- 1 . ° C

- 1 )

Temperatura (°C)

Figura 35 – Influência da temperatura sobrea condutividade térmica

Para água:

Tabela 20 – Valores de condutividades térmicas para alguns alimentosabaixo do ponto de congelamento.

⋅⋅ K h m

kJ

8,2068,541

-7-18

Gelo

3,308-13Vagem picada branqueada2,010-16Morango

1,800-16Ervilha branqueada

4,564-8Purê de cenoura

2,428-17Cenoura picada

1,382-7Brócolis

1,047-16Ameixa

Condutividade tCondutividade téérmicarmicaTemperatura

(°C)Produto

Para alimentos:



para carnes:


acima do ponto de congelamento

Earle:

para T = -40 a -50°C


para T = 0 – 60°C e Xm = 0,6 – 0,8

alimentos com alto teor de água:

acima do ponto de congelamento

Sweat:

onde Xm = fração de umidade e Xs = fração de sólidos no alimento.

m X k ⋅+= 517,00798,0

148,0493,0 +⋅= m X k

T X k m ⋅−⋅+= 00923,094,1284,0

s m X X k ⋅+⋅= 26,055,0

s m X X k ⋅+⋅= 26,04,2

Equações para o cálculo da condutividade térmica.

Entalpia

H

kg

kJ

lb

BTU

kg

kcal

Energia contida no corpo



Figura 37 – Variação da entalpia paramassa de pão (Matuda et al, 2006)

Figura 38 – Variação da entalpia daágua e de carne bovina magra emfunção da temperatura (CSIRO, 1976).

Figura 39 – Entalpias calculadas para: 1- kiwi; 2- carnebovina magra; 3- peixe-cabra; 4- Tylose; 5- mussarela; 6-manteiga (Pham 2000).



Figura 40 – Entalpias para sucosconcentrados de laranja (Chen, 1979).

173648781351601632,68Pão com farinhaintegral

173544671171341372,60Pão branco

194252721052853043,52Carne bovina magra

194152721012843183,60Perca

194253791182983233,69Pescado

18394865872103523,81Clara de ovos

19405068921821912,85Gema de ovos

235164951503433473,73Ervilhas

235064931463483523,77Pêssego sem caroço

204252711032663824,02Polpa de tomate

204454761143183673,94Morangos

19404966942243713,90Espinafre

235062911413493533,81Cebolas

18394764851943904,02Pepinos

214657811243573613,90Cenouras

-30,0-20,0-16,0-10,0-5,0-1,00,0

Temperatura (°C)cpcp antes doantes docongelamentocongelamento

Produto

⋅ C kg

kJ o

Tabela 21 – Entalpia de alguns alimentos em função da temperatura de estocagem (Heldmanand Lund, 2007).

173648781351601632,68Pão com farinhaintegral

173544671171341372,60Pão branco

194252721052853043,52Carne bovina magra

194152721012843183,60Perca

194253791182983233,69Pescado

18394865872103523,81Clara de ovos

19405068921821912,85Gema de ovos

235164951503433473,73Ervilhas

235064931463483523,77Pêssego sem caroço

204252711032663824,02Polpa de tomate

204454761143183673,94Morangos

19404966942243713,90Espinafre

235062911413493533,81Cebolas

18394764851943904,02Pepinos

214657811243573613,90Cenouras

-30,0-20,0-16,0-10,0-5,0-1,00,0

Temperatura (°C)cpcp antes doantes docongelamentocongelamento

Produto



Modelo matemático para cálculo da entalpia abaixo do ponto de congelamento:

)(ln11

r

r r

T T C T

T B

T T AH −⋅+

⋅+

−⋅=

A, B e C parâmetros (tabela 23)

T = temperatura do alimento

Tr = temperatura de referência

Miki e Hayakawa

Modelo matemático para cálculo da entalpia:

( )( final to congelamen após to congelamen inicial antes T T cp T T cp H −⋅++−⋅= λ

onde:λ = calor latente de mudança de fase

⋅=kg

kJ X m água λ λ

Xm = fração mássica da água no alimento

λ = 335 kJ.kg-1

Exercício:

Morangos apresentam a seguinte composição média:

água, 89,6%

proteína, 0,6%

carboidratos, 8,8%

gordura, 1%

Estimar o calor específico (cP), a condutividade térmica (k) e a entalpia (H) nas temperaturas

de 0 e -20 oC utilizando os modelos matemáticos de Siebel, Dickerson, Charm e Heldman

para calcular o cp, as equações de Sweat e Earle para calcular k e as equações da entalpia.

Determinar o calor que precisa ser removido para que os morangos tenham sua temperatura

reduzida de 0 para -20 oC. No caso da equação de Miki e Hayakawa utilizar como

temperatura de referência -40 oC e então comparar com os valores tabelados.



Carga Térmica

1ª Questão no dimensionamento de uma câmara fria

Quanto calor precisa ser removido para manter a temperatura constante?

2ª Questão no dimensionamento de uma câmara fria

De onde vem o calor que precisa ser removido paramanter a temperatura constante?

calor de atravessa as paredes, o teto e o piso (qp);

calor devido às trocas de ar (qar):- ventilação;- infiltração;

calor devido ao produto sendo resfriado (qprod):- calor sensível;- calor latente;- calor de respiração;

calor devido ao material de embalagem(qemb);

calor devido a ocupação dos trabalhadores (qt);

Fontes de calor:

calor devido a iluminação (qi);

calor devido a presença de motores (qm);

Q = qp + qar + qprod + qemb + qt +qi + qm



Fluxo de calor que atravessa as paredes, teto e piso

q p = U.A. ∆T

qp

Arinterno

Arexternok1 k2 k3

x1 x2 x3onde:

o n

n

i h k

x

k

x

k

x

h U

1...

11

2

2

1

1+++++=

h = coeficiente de película

k = condutividade do material

x = espessura do material

Fator de insolação tabela 25

Fluxo de calor devido às trocas de ar

Ar frio é mais denso

Cargas de Trocas de Ar = carga de infiltração + carga de ventilação

Ar quente entra por cima e ar frio sai por baixo

abertura de portas

fendas

ventilação

Carga térmica por infiltração

Perdas de ar firo ocorrem devido à:



Volume de ar introduzido em 24 horas é função:

do número de portas;

do tamanho das portas;

da localização das portas;

da freqüência das aberturas;

da duração das aberturas;

do volume interno;

da utilização da câmara:- médio- pesado (acrescentar 50%)

Conhecendo o volume de ar que entra

Deve-se conhecer as umidades relativas para determinar Entalpias

entalpia do ar internoentalpia do ar externo

Volume de ar que entra em 24 horas

( )i o ar h h q −⋅= υ



Não conhecendo o volume de ar que entra

Volume de ar introduzido em 24 horas é função também:

do volume interno;

do tipo de uso da câmara - médio- pesado

)h (h câmara da volume trocas)de (nº q i o −⋅⋅=

A vazão de ar que entra também pode ser calculada por:

+

−⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=

s

m

s

s h g h l 3

33

11

)1(23

2ν

onde:

l = largura da porta (m)

h = altura da porta (m)g = aceleração da gravidade (m/s2)

s = relação entre a densidade do ar quente e do ar frio



Carga Térmica devido ao Produto

Calor removido do Produto

Calor devido à mudança de fase do produto

Quantidade de calor removido = f (∆T, massa e calor específico)

T c m q p ∆⋅⋅=

antes e após congelamento

λ m q ⋅=

durante o congelamento

ou

)( frio produto quente produto h h m q −⋅=

Produtos de origem vegetal ainda vivos respiram!

calor O H CO Respiração 2 2 ++→

f - tipo de produto

- temperatura do produto

24 q massa q respiração ⋅⋅=

tabelado



Carga Mista

Pessoas:

⋅⋅

=

dia

J

dia

horas nº pessoas de número

h

J f q pessoas pessoas

Iluminação:

⋅

⋅

=

dia

J

dia

horas nº

h 1

s 3600 lâmpadas de nº

s

J dissipado)(calor q iluminação

Motores elétricos:

[ ]

⋅⋅⋅=

dia

J

dia

horas n

[h] 1

[s] 3600 kW potência f q motores motores

º

∑=

= dia

BTU ou

dia

kJ q Q

n

i i

1

⋅

∑= =

horas

kJ horas

dia por trabalha compressor o que horas de nº

q

Q

n

i i

24241



Exercício

Determinar a carga térmica de uma câmara fria utilizada para armazenar 5000 kg

de morangos, 2000 kg de pêssegos e 7000 kg de cenouras na melhor

temperatura de estocagem sabendo que todos entram a 25 °C e encontram-seacondicionados em embalagens de polipropileno com capacidade de 1,0 kg de

produto e massa de 0,05 kg e um calor específico de 1,70 J/kg.K. As paredes e o

teto da câmara fria são construídas com placas de isojoint (k = 0,113 J/h.m.°C) de

espessura igual a 20,0 cm. O piso é feito com laje de concreto de espessura de

12,5 cm, placas de cortiça com espessuras também de 12,5 cm e acabamento de

concreto com 7,5 cm cuja condutância é igual a 1,10 J/m2.°C.h. A câmara fria

apresenta as seguintes dimensões: 15,0 x 5,0 x 3,0 m, esta última dimensão

representa o pé direito dela. A temperatura externa da câmara fria é 30,0 °C e a

temperatura abaixo do piso é 21,0 °C. A iluminação é feita com 5 lâmpadas de

vapor de mercúrio com intensidade luminosa de 250 lux cada e duas pessoas

trabalham no seu interior. Sabe-se ainda que a umidade relativa do ar é 50%.Após o resfriamento, os vegetais são congelados e estocados em uma câmara

fira a -25 °C. Calcular a carga térmica para congelar esses vegetais e depois

estocá-los.

Tempo de congelamento

Resfriamento antes do congelamento

Congelamento

Resfriamento após congelamento

Maior remoção ocorre durante o congelamento

Exemplo:

Reduzir a temperatura de 100 kg de carne (77% de água) de 20 para -18 °C.O fluxo de remoção de calor é 10 kW. Estimar os tempos de resfriamento,antes, depois e durante o congelamento.



Estimativa do tempo de congelamento

Equação de Planck

Processos de:

- condução;

- convecção;

f

a f

k

x

h

T T Aq

+

−⋅=

1)(

velocidade de congelamento

dt

dx

mas:

f dt

dx Aq ρ λ ⋅⋅⋅=

massaprodutocongelado

placa plana infinita

Assim:

f

a f f

k

x

h

T T A

dt

dx A

+

−⋅=⋅⋅⋅

1)(

ρ λ

dx k

x

h T T dt

a

f a f

f

t f

⋅

+⋅

−

⋅= ∫ ∫

2

00

1)(

ρ λ

⋅+

⋅⋅

−

⋅=

f a f

f f

k

a

h

a

T T t

82)(

2 ρ λ

placa plana infinita

para outras geometrias

+

⋅⋅

−

⋅=

f a f

f f

k

a R

h

a P

T T t

2 / /

)( ρ λ

1/241/241/61/6EsferaEsfera

1/161/161/41/4CilindroCilindroinfinitoinfinito

1/81/81/21/2Placa planaPlaca planainfinitainfinita

RR´́PP´́GeometriaGeometria



Estimar o tempo para que 100 kg de carne contendo 77% de água tenha suatemperatura reduzida de 20 °C para -18 °C. A temperatura inicial de congelamentoé igual a -1 °C e a densidade do produto congelado é 1100 . Assumir que o

formato dessa carne seja uma placa plana infinita com 10 cm de espessura e queela será congelada utilizando-se ar a uma temperatura de -40 °C e o coeficiente deconvecção desse processo é 60 W/m2.°C.

Proposta do International Institute of Refrigeration

∆H

.. )()( cong o após a f cong do antes f i cp T T cp T T H ⋅−++⋅−=∆ λ

onde:

Ti = temperatura inicial do alimento

Tf = temperatura de congelamento do alimento

Ta = temperatura final do alimento

λ = calor latente de mudança de fase

No caso do exercício anterior utilizar ∆H



Metodologia de Pham

Mais precisa.

Corpos com formatos irregulares.

Corpos com dimensões finitas.

De fácil utilização

Hipóteses assumidas:

as condições do meio são constantes;

a temperatura inicial, Ti, é constante em todo o alimento;

o valor da temperatura final do alimento é conhecida;

utiliza-se uma temperatura média de congelamento, Tfm; a transferência de calor por convecção na superfície do corpo

é descrita pela lei de resfriamento proposta por Newton;

Temperatura média de congelamento, Tfm

a c fm T T T ⋅+⋅+= 105,0263,08,1

onde:Tc = temperatura central final do alimento

Ta = temperatura do meio de congelamento

alimentos comelevado teorde água



Para estimar o tempo de congelamento:

+⋅

∆

∆+

∆

∆⋅

⋅= 21

2

2

1

1 Bi T H

T H

h E d t f

c

onde:dc = dimensão característica. Distância mais curta até o centro ou o

raio [m]h = coeficiente de transferência de calor por confecçãoEf = fator de forma

Ef = 1,0 para placa plana infinita;Ef = 2,0 para cilindro infinito eEf = 3,0 para esferas.

∆H1 = variação de entalpia volumetria para o período de resfriamento einício do congelamento, ou seja, entre as temperaturas Ti e Tfm

sendo calculada pela seguinte expressão:

onde:ρu = densidade do produto não congeladocpu = calor específico do material antes do congelamento

)(1 fm i u u T T cp H −⋅⋅=∆ ρ

∆H2

= variação de entalpia volumetria para o período de resfriamento einício do congelamento, ou seja, entre as temperaturas Ti e Tfm

sendo calculada pela seguinte expressão:

onde:ρf = densidade do produto não congeladocpf = calor específico do material antes do congelamentoλ = calor latente de mudança de fase

Bi = número de Biot

[ ])(2 c fm f f T T cp H −⋅+⋅=∆ λ ρ

a fm i T

T T T −

−=∆

21

( )a fm T T T −=∆ 2

k

d h Bi c ⋅

=



ExercícioUm alimento com formato esférico é congelado em um túnel de ar. A

temperatura inicial do produto é 10 °C e o ar frio no interior da câmara friaencontra-se a -40 °C. O produto apresenta um diâmetro de 7,0 cm com umadensidade na temperatura de congelamento, ρf = 1000 kg/m3 e umatemperatura inicial de congelamento igual a -1,25 °C, uma condutividade apóso congelamento, kf, igual a 1,2 W/m.K e um calor latente de mudança de faseigual a 250,0 kJ/kg . Determine o tempo de congelamento sabendo que ocoeficiente de transferência de calor por convecção desse processo decongelamento é igual a 50,0 W/m2.K. Utilizar a equação de Planck e de Phampara depois comparar os resultados obtidos.

Para outras geometrias:

cilindro finito;

haste retangular finita

paralelepípedo

23121 E G E G G E f ⋅+⋅+=



onde:

Parâmetros para o cálculo do fator de forma, E f ,.

111Paralelepípedo

011Haste retangular

102Cilindro finito com altura > diâmetro

021Cilindro finito com altura < diâmetro

G3G2G1Geometria

[ ]

77,11

34,1

77,11

1

5,21

11

11

32,2)2(32,2

73,01

−

−

⋅+⋅

⋅=

⋅−+=

β

β

β β

Bi X

onde

X X

E [ ]

77,12

34,1

77,12

2

5,22

22

22

32,2)2(32,2

73,01

−

−

⋅+⋅

⋅=

⋅−+=

β

β

β β

Bi X

onde

X X

E

dimensãomenor dimensãomenor2a

1 = β

dimensãomenordimensãomaior

2 = β

23121 E G E G G E f ⋅+⋅+=

Exercício

Carne bovina magra com 74,5% de água com 1,0 m de comprimento, 0,6 m de

largura e 0,25 m de espessura é congelada em um freezer com corrente de ar a

-30 °C e com um coeficiente de transferência de calor por convecção, h , igual a

30 W/m2.K. Se a temperatura inicial do produto é 5,0 °C, estimar o tempo

necessário para reduzir a temperatura do produto até -10 °C. A temperatura

inicial de congelamento dessa carne foi avaliada em -1,75 °C. A condutividade

térmica da carne congelada é igual a 1,5 W/m.K , o calor específico do produto

não congelado é igual a 3,5 kJ/kg.K e o calor específico do produto congelado é

igual a 1,8 kJ/kg.K. As densidades do produto tanto congelado como não

congelado valem 1050 kg/m3.



Exercício:

Aspargos com diâmetro de 1,0 cm, comprimento de 20 cm, densidade igual a 1100kg/m3 e que se encontram a 30 °C, são congelados a -20 °C. Determine o tempo decongelamento utilizando a equação de Planck, a proposta pelo International Institute of Refrigeration (IIR) e aquela proposta por Pham sabendo que o coeficiente deconvecção desse processo vale 60 W/m2.°C. No caso da resolução pela equaçãode Pham admitir que a temperatura do meio de congelamento seja -30°C.

Outras metodologias para estimar o tempo de congelamento



Figura 44 – Ábaco para determinar o tempo de congelamento de carne bovina em funçãoda altura da caixa de papelão, velocidade e temperatura do ar.

Tabela 35 – Fatores de correção para valores obtidos a partir da figura 44 para embalagens de papelão.

Adicionar 5%Adicionar 10%

4. Temperatura da carne congelada- centro da carne a -12 oC- centro da carne a -2 oC

Adicionar 10%Sem correçãoAdicionar 15%Adicionar 15%

Sem correção

3. Conteúdo da embalagem- Peças embrulhadas individualmente em filmes de polietileno

a) gordura distribuída aleatoriamenteb) gordura localizada próxima ao centro da embalagemc) gordura localizada na periferia da embalagem

- Fígados embrulhados individualmente em filmes de polietileno e congela-dos imediatamente após a sua remoção do animal.

- Grandes pedaços de carcaça incluindo aqueles grandes pedaços decarne com gordura externa na faixa de 15 a 25%

Adicionar 15%Reduzir 15% do valorobtido para papelãocorrugado

2. Tipo de papelão- Papelão sólido- Papelão tipo E-flute

Adicionar 10%Sem correçãoAdicionar 15%*Adicionar 10%*

Adicionar 5%

1. Restrição ao fluxo de ar- Embalagens apoiadas em prateleira metálicas lisas- Embalagens apoiadas sobre prateleiras corrugadas- Embalagens encostadas uma nas outra no lado mais longo- Embalagens tem os lados longos adjacentes, mas afastados em cerca de15 mm.- Embalagens encostadas uma nas outras no lado mais curto

CorreçãoFator

* correções menores podem ser feitas para embalagens próximas às saídas de ar frio.



Figura 46 – Ábaco para estimar tempo de congelamento de car-caças de ovelhas.

1

23

4

5

1

2

3

4

5

Figura 47 – Relação entre tempo e temperatura de congelamento em função datemperatura inicial de 100 kg de carne bovina, da velocidade e da temperatura do arno interior da câmara fria

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Cons Alimetos -Apresentação2010