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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
FABRÍCIA DO CARMO LIMA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PROCESSAMENTO INDUSTRIAL DE DOCE DE LEITE CAPRINO
Orientadora: Profª. Drª. Kátia Cristina Borges
Natal/RN
2019
FABRÍCIA DO CARMO LIMA
PROCESSAMENTO INDUSTRIAL DE DOCE DE LEITE CAPRINO
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para obtenção
do título de Bacharel em Engenharia de Alimentos.
BANCA EXAMINADORA
_____________________________
Professora Dra. Kátia Cristina Borges - UFRN
_____________________________
Professora Dra. Renata Alexandra M. das Neves - UFRN
Dedico este trabalho à memória de minha mãe
Joséfa do Carmo, de sua ausência restam à
recordação, o exemplo e o agradecimento. Na
certeza de sua imensa alegria, agradeço-lhe por
tudo.
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus, fiel companheiro por ter me proporcionado a vida e ser meu
refúgio, fortalecendo em todas as ocasiões e aliviando as angústias. Acima de tudo, por fazer renascer
a paz e o equilíbrio que preciso nos momentos mais difíceis.
A meus pais e pessoas que também desempenham esse papel em virtude da ausência dos mesmos
(Tânia e Márcio), irmãos e à família, pela vida, pela formação e por tudo o que sou.
A meu namorado Denes Lucas por sempre está a meu lado dando força e me apoiando além de sempre
entender minha ausência e limitações.
Um agradecimento especial a professora Kátia Cristina, pela confiança, apoio, paciência, orientação
e dedicação.
Aos meus colegas de curso, pelos anos compartilhados dia após dia. Aos amigos (a) que fizemos no
curso, em especial a Lais Cristina e Renier Lima, que no transcorrer destes períodos se revelaram
pessoas incríveis com quem pude contar em alguns momentos.
Amigos geograficamente distantes, mas ao mesmo tempo tão próximos, os quais foram
indispensáveis nesse processo por sempre nos motivarem e incentivarem.
A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho, que entenderam
minha ausências e limitações, que acreditaram que era possível e não me deixam desistir, meus
sinceros agradecimentos. E peço desculpas por não poder citar diretamente todas as pessoas que
gostaria.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxograma proposto para a produção do doce de leite caprino ...................................... 17
Figura 2 - Desnatadeira, padronizadora. ........................................................................................... 18
Figura 3 - Pasteurizador a placas. ..................................................................................................... 19
Figura 4 - Tacho para produção do doce de leite .............................................................................. 19
Figura 5 - Refratômetro. ................................................................................................................... 21
Figura 6 - Máquina envasadora de doce de leite. .............................................................................. 21
Figura 7 - Embalagem para Doce de leite: CEPEL, 2019. ............................................................... 22
Figura 8 - Caminhão tipo baú para distribuição................................................................................ 22
Figura 9 - Layout simplificado da Indústria de Doce de leite. .......................................................... 25
Figura 10 - Balanço de massa na etapa de padronização. ................................................................. 28
Figura 11 - Balança de massa na etapa de evaporação ..................................................................... 30
Figura 12 - Esquema do evaporador de simples efeito ..................................................................... 32
Figura 13 - Modelo matemático para cálculo do calor específico de um alimento. ......................... 33
Figura 14 - Informação Nutricional (doce de leite caprino) ............................................................. 36
Figura 15 - Etapas de estações de tratamento residuais. ................................................................... 42
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Proporção total de ingredientes para produção de 90 kg de doce de leite caprino ......... 26
Tabela 2 - Proporção total de ingredientes para produção de 90 kg de doce de leite caprino todos na
mesma unidade. .................................................................................................................................. 27
Tabela 3 - Calor específico (Cp) para cada componente do leite. .................................................... 34
Tabela 4 - Composição centesimal do leite ....................................................................................... 34
Tabela 5 - Calor específico (Cp) para cada componente da sacarose. .............................................. 35
Tabela 6 - Composição centesimal para 100 gramas de sacarose. .................................................... 35
Tabela 7 - Calor específico (Cp) para cada componente do doce de leite. ....................................... 36
Tabela 8 - Composição centesimal para 100 gramas de doce de leite. ............................................. 36
Tabela 9 - Custos com matérias-primas e embalagens. .................................................................... 39
Tabela 10 - Custo previsto com mão de obra. ................................................................................... 40
Tabela 11 - Custos estimados com energia elétrica para a produção de uma batelada de 90 kg de doce
leite. .................................................................................................................................................... 41
Tabela 12 - Custo unitário para 200g de doce de leite caprino. ........................................................ 41
RESUMO
A caprinocultura vem despertando cada vez mais a atenção da comunidade cientifica, bem
como dos pequenos criadores em busca de conhecimento, de novas tecnologias de produção com
vistas ao melhor aproveitamento do leite da espécie. Apesar de sua importância social e econômica,
essa atividade ainda se caracteriza de forma extensiva em algumas regiões, com baixos níveis de
tecnologia e poucos produtos derivados disponíveis no mercado. Escassez essa, que pode estar
associada ao universo restrito de consumidores, o qual é limitado em sua maior parte às famílias que
habitam as regiões sertanejas que tem o leite como produto de subsistência, pessoas conhecedoras de
suas qualidades nutricionais e indivíduos portadores de transtornos alérgicos ou que apresentam
algum distúrbio gastrointestinal. Visando a agregação e expansão de novas possibilidade de
aproveitamento do leite dessa espécie, o presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento do
doce de leite caprino, apresentando as etapas do processo, o layout da indústria, os balanços de massa
e de energia, as análises de custos e o destino dos resíduos gerados na produção. A partir dos dados
estimados pode-se concluir que a produção de doce de leite caprino possui viabilidade econômica e
operacional.
Palavras-chaves: Leite de cabra; doce de leite.
ABSTRACT
Goat farming has been increasingly attracting the attention of the scientific community, as
well as the small breeders in search of knowledge, of new production technologies with a view to the
best use of the species' milk. Despite its social and economic importance, this activity is still
extensively characterized in some regions, with low levels of technology and few derivatives
available in the market. This scarcity, which may be associated with the restricted universe of
consumers, is mostly limited to families living in the backlands that have milk as a subsistence
product, people who are knowledgeable about their nutritional qualities and individuals with allergic
or which have some gastrointestinal disorder. Aiming at the aggregation and expansion of new
possibilities for the utilization of milk of this species, the present work had as objective the
development of goat milk candy, presenting the process steps, the industry layout, mass and energy
balances, analyzes the destination of waste generated in production. Based on the estimated data, it
can be concluded that the production of sweet goat milk has economic and operational viability.
Keywords: Goat milk; milk sweet.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 12
1.1 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................... 14
2.1 LEITE DE CABRA ................................................................................................................. 14
2.2 DOCE DE LEITE .................................................................................................................... 15
3. FLUXOGRAMA DO PROCESSAMENTO ............................................................................. 16
3.1 DESCRIÇÕES DO PROCESSO............................................................................................. 15
3. 2 FLUXOGRAMA DO PROCESSO........................................................................................ 15
3. 3 DESCRIÇÃO DAS ETAPAS.................................................................................................16
3.3.1 Recepção e seleção do leite de cabra in natura.................................................................16
3.3.2 Padronização do leite.........................................................................................................17
3.3.3 Pasteurização do leite (75ºC/15 seg.)................................................................................17
3.3.4 Tacho.................................................................................................................................18
3.3.5 Aquecimento com agitação constante...............................................................................18
3.3.6 Adição de bicarbonato de sódio (NaHCO3)..................................................................... 19
3.3.7 Adição de sacarose (açúcar) ............................................................................................. 19
3.3.8 Ponto do doce em º Brix (68º)...........................................................................................19
3.3.9 Envase............................................................................................................................... 20
3.3.10 Estocagem/Distribuição................................................................................................. 21
4. LAYOUT....................................................................................................................................... 23
5. BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA..................................................................................... 26
5.1 BALANÇO DE MASSA ......................................................................................................... 26
5.1.1 Pasteurização do leite ........................................................................................................ 27
5.1.2 Padronização do teor de gordura ....................................................................................... 28
5.1.3 Evaporação no Tacho ........................................................................................................ 29
5.2 BALANÇO SIMPLIFICADO DE ENERGIA ........................................................................ 31
5.2.1 Evaporação no tacho .......................................................................................................... 31
6. ANÁLISE DE CUSTOS .............................................................................................................. 38
6.1 CUSTOS COM MATÉRIA-PRIMA E EMBALAGEM ......................................................... 38
6.2 CUSTOS COM MÃO DE OBRA ........................................................................................... 39
6.3 CUSTOS COM ENERGIA ELÉTRICA ................................................................................. 40
6.4 CUSTO UNITÁRIO DO PRODUTO...................................................................................... 41
7. TRATAMENTO DE RESÍDUOS............................................................................................... 42
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................................... 44
REFERÊNCIAS ............................................................................................................................... 45
12
1. INTRODUÇÃO
O Brasil possui aproximadamente 9.614.722 milhões de caprinos, e dentre as regiões
brasileiras, o Nordeste concentra a maior parte do efetivo nacional, com um percentual de 93% de
animais (IBGE, 2017). A caprinocultura se destaca na região, por sua representação significativa para
os pequenos produtores e reconhecida contribuição para alimentação e renda da maioria das famílias,
através do fornecimento de leite e carne (CATUNDA 2014, MASANBA et. al., 2013).
No âmbito leiteiro, o leite caprino se destaca pelo valor nutricional, rico em proteínas, lactose,
gordura, vitaminas e sais minerais (CLARK & GARCÍA, 2017;CATUNDA et al., 2014; CHYE et
al., 2012), concomitante a isso, é reconhecido pelas particularidades que possui, como polimorfismo
genético diferenciado de suas proteínas, glóbulos de gordura de menor diâmetro, com membrana mais
delicada e maior concentração de ácidos graxos de cadeia média e poli-insaturados (CASSANEGO
et al., 2012, MA et al., 2017). Todas essas características, em conjunto, proporcionam metabolismo
mais rápido e eficiente, quando comparado ao leite bovino, e consequentemente, maior
digestibilidade pelo organismo humano (JIRILLO E SPADOTTI et al., 2016; SANZ CEBALLOS et
al., 2009).
Apesar da importância social e econômica da caprinocultura, no semiárido brasileiro, essa
atividade ainda se caracteriza de forma extensiva em algumas regiões do Nordeste, com baixos níveis
de tecnologia e poucos produtos derivados disponíveis no mercado (UTZ et. al., 2018), ou seja, ainda
existe uma escassez de derivados produzidos com o leite caprino no comércio, o que pode ser
associado ao universo restrito de consumidores, o qual é limitado em sua maior parte à famílias que
habitam as regiões sertanejas que tem o leite como produto de subsistência, por pessoas conhecedoras
de suas qualidades nutricionais que geralmente consomem queijos requintados e iogurte (SOUZA, et
al. 2011; HAENLEIN, 2004), indivíduos portadores de transtornos alérgicos ou que apresentam
algum distúrbio gastrointestinal (PULINA et al., 2018; DUBEUF, 2005).
Na premissa dos desafios tecnológicos em desenvolver novos produtos que agregue
características nutricionais a propriedades sensoriais atrativas ao consumidor, o trabalho teve como
objetivo a elaboração do doce de leite caprino, com vistas a atender às necessidades de consumidores
intolerantes ao leite bovino, utilizando-se de processos simples e acessíveis a qualquer produtor, bem
como, descrever o fluxograma do processo, as etapas do processamento, os balanços de massa e
energia, o layout da unidade produtora, mostrando também a análise econômica do produto e por fim
uma alternativa de tratamento dos resíduos gerados.
13
1.1 OBJETIVOS
Objetivo Geral:
Produzir doce de leite caprino, mostrando desta forma uma opção de comercialização do leite
de caprino, visando atender às necessidades de consumidores intolerantes ao leite bovino e favorecer
novas oportunidades de mercado aos produtores, bem como aos fabricantes de derivados caprinos.
Objetivo Específico:
Apresentar os componentes do produto específico, em especial o leite;
Desenvolver o processamento industrial do doce de leite caprino;
Desenvolver o fluxograma e demonstrar as etapas do processamento do doce de leite;
Desenvolver o layout simplificado das instalações para a produção do doce;
Estabelecer os balanços de massa e energia do produto;
Apresentar a análise econômica para a elaboração do produto;
Apresentar recursos para o tratamento dos resíduos gerados durante a produção do doce.
14
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 LEITE DE CABRA
Ao longo dos séculos, os humanos usaram cabras para muitas finalidades (leite, carne, fibra,
pele, até mesmo trabalho) sob várias condições. Embora os caprinos estejam presentes em todos os
continentes, observamos que o setor caprino foi consideravelmente menos apoiado publicamente e
academicamente do que outros setores da produção animal, como leite de vaca, carne bovina, aves e
porcos. Apesar da qualidade nutricionalmente reconhecida, as capacidades das cabras são menos
apreciadas economicamente e comercialmente (DUBEUF et al.,2004). Nesse sentido, a
comercialização é, sem dúvida, o grande "desafio" da caprinocultura leiteira, estando o resultado
dessa atividade sempre dependente da aceitação e preço dos produtos na esfera do mercado e,
particularmente a qualidade dos produtos ao poder de compra dos consumidores. Pontos
significativos a considerar são: a oferta constante do produto de ótima qualidade, o acondicionamento
e a apresentação, além do "marketing" apropriado voltado para o público em geral (PULINA et al.,
2018; VERRUCK et al, 2019; CLEMENTINO et al., 2007; MARTINS, et al. 2007).
De acordo com a Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO,
2018), o leite de cabra encontra-se no terceiro lugar de produção, perdendo para o leite bovino e
bubalino. Acredita-se que esse interesse, ainda que incipiente do consumidor no leite de cabra e
seus derivados está relacionado aos benefícios nutricionais oferecidos por esses produtos. Pois apesar
da composição semelhante ao leite de vaca, existem diferenças no leite de cabra que promovem maior
digestibilidade e maior valor nutricional. Rico em proteínas de alto valor biológico, além de conter
lactose e gorduras que são elementos energéticos fundamentais ao organismo, vitaminas e sais
minerais (HAENLEIN, 2004, CHYE et al., 2012; CATUNDA et al., 2014). Concomitante a isso, é
reconhecido pelas particularidades que possui, como polimorfismo genético diferenciado de suas
proteínas, glóbulos de gordura de menor diâmetro, com membrana mais delicada e maior
concentração de ácidos graxos de cadeia média e poli-insaturados (CASSANEGO et al., 2012, MA
et al., 2017). Todas essas características, proporcionam um metabolismo mais rápido e eficiente
(SANZ CEBALLOS et al., 2009; JIRILLO E MAGRONE 2014, SPADOTTI et al., 2016), e o faz ser
considerado um alimento funcional, ou seja, possui participação cientificamente, reconhecida na
manutenção da saúde, redução de doenças crônicas e efeitos benéficos nas funções fisiológicas, por
função da composição de seus aminoácidos e estrutura secundarias de suas proteínas, que ajudam a
reduzir o potencial alergênico quando comparado ao leite de vaca (VERRUCK; DANTAS;
PRUDENCIO et al., 2019), podendo ser recomendado para pessoas de diferentes idades, como
15
crianças e idosos em situações em que o leite bovino causa reações alergênicos ou intolerância
(Kalyankar SD; CD de Khedkar; Patil AM et al., 2016).
Tradicionalmente, a maioria dos derivados lácteos elaborados no Brasil utilizam leite
bovino, entretanto pesquisas apontam a viabilidade de produtos elaborados a partir de leites oriundos
de outras espécies animais como caprinos, ovinos e bubalinos (Bezerra, 2010; Borges, Medeiros e
Correia, 2009; Correia et al., 2006; Coutinho, 2010). Podem ser utilizados como matéria-prima na
produção de bebidas, produtos fermentados (iogurte), produtos congelados (sorvetes, iogurte
congelado), manteiga, produtos condensados / secos, doces e entre outros. É válido ressaltar que para
para obter produtos de qualidade é necessário a utilização de um leite de qualidade, e desta forma
satisfazer as expectativas dos consumidores, em termos nutricional, higiênico e em suas
características sensoriais (Kalyankar SD; CD de Khedkar; Patil AM et al., 2016).
2.2 DOCE DE LEITE
De acordo com o Regulamento da Inspeção Industrial e Sanitária de Produtos de Origem
Animal, Portaria 354, de 04/09/1997, do Ministério de Estado da Agricultura e Abastecimento:
entende-se por doce de leite o produto, com ou sem adição de outras substâncias alimentícias, obtido
por concentração e ação do calor a pressão normal ou reduzida do leite ou leite reconstituído, com ou
sem adição de sólidos de origem láctea e/ou creme adicionado de sacarose (parcialmente substituída
ou não por monossacarídeos e/ou outros dissacarídeos) (BRASIL, 1997).
O doce de leite é um produto classificado de acordo com o ponto de cocção em: doce de leite
em pasta (ou mole) e o doce de leite em tabletes (ou duro). Tecnologicamente, o processamento é
simples, consistindo na evaporação da água por aplicação de calor na forma de vapor injetado em
tanques ou tachos encamisados (evaporadores). Segundo Ornellas (1995), para a produção do doce
de leite a matéria-prima indispensável é o próprio leite, no qual sua composição é de
aproximadamente 86% água e o restante é composto de uma mistura de várias substâncias como
lactose e minerais em solução, gorduras na forma de emulsão, proteínas, vitaminas e gases. Apresenta
elevado valor nutricional e conteúdo energético, sendo um alimento menos perecível que o leite, além
de possuir grande aceitação sensorial (MARTINS; LOPES, 1980).
O produto é muito apreciado pelos brasileiros, que geralmente o consomem puro ou em
combinação com pães, biscoitos, queijos e frutas. O doce é também matéria prima para a indústria de
balas, devendo ser considerado como um alimento nobre por ser de elevado valor energético, proteico
e mineral (LAGUNA, et al., 1999).
16
Devido à aceitação do produto pela população, assim como o aumento da produção de leite
de cabra, essa é uma forma de adaptar a tecnologia para o leite caprino. E concomitante a isso, buscar
ajustar o produto fabricado com o leite de cabra às novas exigências do mercado globalizado. É
válido ressaltar a importância que o doce de leite fabricado com leite de cabra apresenta em relação
ao doce produzido com leite de outras espécies, a exemplo características físico-químicas similares
ou superiores ao fabricado com leite bovino, proporcionando outras opções ao consumidor de
produtos lácteos. Além de favorece novas oportunidades de mercado aos produtores, bem como aos
fabricantes de derivados caprinos, através de uma tecnologia simples poderão agregar valor ao leite
dessa espécie (LAGUNA, et al., 1999).
3. FLUXOGRAMA DO PROCESSAMENTO
3.1 DESCRIÇÕES DO PROCESSO
O processo de fabricação de doce de leite caprino é um processo simples e acessível a
pequenos produtores. O produto é um derivado do leite resultante da concentração de uma mistura
constituída basicamente de açúcar (sacarose) e leite até alcançar uma concentração conveniente.
3. 2 FLUXOGRAMA DO PROCESSO
As etapas do processamento proposto para a produção do doce de leite caprino estão
mostradas no fluxograma (Figura 1).
17
Figura 1 - Fluxograma proposto para a produção do doce de leite caprino
3. 3 DESCRIÇÃO DAS ETAPAS
3.3.1 Recepção e seleção do leite de cabra in natura
O leite é a matéria-prima essencial na fabricação de derivados lácteos. Segundo Ordónez et
al. (2005), precisa ser analisado rotineiramente nas centrais leiteiras, assegurando o cumprimento dos
requisitos indispensáveis para fabricação de derivados.
Dentre vários requisitos, o leite deve apresentar baixa contagem de células somáticas, ser
isento de substâncias inibidoras, por exemplo, antibióticos, não conter resíduos de sanitizantes,
Recepção e seleção do leite de
cabra in natura
Padronização do leite
Pasteurização do leite
(75ºC/15 seg.)
Tacho
Estocagem/Distribuição
Aquecimento com agitação
constante
Ponto do doce em º Brix (68º)
Envase
Adição de
bicarbonato de
sódio (NaHCO3)
Adição de sacarose
(açúcar)
18
pesticidas ou carrapaticidas. Também não deve ter colostro nem ser provenientes de animais com
algum tipo de doenças e não apresentar sujidades (pêlos, resíduos, areia) (GOUVEIA et al., 2000).
Deve apresentar odor e sabor normais, para que os produtos derivados tenham características
microbiológicas, sensoriais e organolépticas desejáveis. Um dos parâmetros relevantes para o
processo é a acidez, a qual deve ser máxima de 19ºD, uma vez que o uso de leite ácido resulta em
doce com aspecto talhado, não tendo aceitação pelo consumidor (MONTEIRO; PIRES; ARAÚJO et
al., 2007).
3.3.2 Padronização do leite
O teor de gordura do leite deve ser padronizado (Figura 2) para obter uniformidade na
fabricação. A porcentagem de gordura tem influência sobre a quantidade de açúcar a ser utilizada,
pois quanto mais elevado o teor de gordura do leite, maior é a quantidade de açúcar acrescentada
(MONTEIRO; PIRES; ARAÚJO et al., 2007).
Figura 2 - Desnatadeira, padronizadora.
Fonte: PADRONIZA 2019.
3.3.3 Pasteurização do leite (75ºC/15 seg.)
A pasteurização é um tratamento térmico, no qual o alimento é aquecido a temperaturas
menores que 100°C. A pasteurização do leite é utilizada para destruir os microrganismos patogênicos
e retardar sua deterioração, aumentando sua vida útil por diversos dias durante o armazenamento
refrigerado (FELLOWS, 2006).
19
Na indústria de laticínios, especificamente na produção de doce de leite, a pasteurização
ocorre em pasteurizadores à placa (Figura 3). Há dois tipos de pasteurização: a pasteurização lenta -
baixa temperatura por um longo tempo (65° C por 30 minutos); e a pasteurização rápida - alta
temperatura a curto tempo (75° C por 15 segundos) (BRASIL, 2011).
Figura 3 - Pasteurizador a placas.
Fonte: MMC Equipamentos Industriais, 2019.
3.3.4 Tacho
Após a pasteurização, o leite será despejado em um tacho de aço inoxidável (Figura 4) onde
será adicionado o bicarbonato de sódio e o açúcar, sob agitação e aquecimento.
Figura 4 - Tacho para produção do doce de leite
Fonte: Arquivo pessoal, 2019.
20
3.3.5 Aquecimento com agitação constante
O leite é submetido à cocção em aquecimento indireto, sob agitação constante.
3.3.6 Adição de bicarbonato de sódio (NaHCO3)
A acidez do leite pode ser reduzida com o auxílio de bicarbonato de sódio (NaHCO3), pois o
uso de leite com acidez elevada produzirá um doce com textura esfarelada. Mas não se deve utilizar
de forma excessiva, pois irá influenciar em uma coloração escura do produto e mudança no sabor do
doce. Adiciona-se o redutor até que o teor de ácidos seja equivalente a 10 – 13° Dornic, sendo o
padrão desejado 13°D. Essa quantidade pode ser calculada a partir de Equação 1:
Sendo:
R = quantidade de bicarbonato de sódio a ser adicionada em gramas
D = acidez a ser reduzida expressa em graus Dornic (diferença entre a acidez inicial e a que deseja
alcançar)
V = volume de leite a sofrer redução de acidez
PB = pureza do bicarbonato de sódio
3.3.7 Adição de sacarose (açúcar)
A quantidade de açúcar a ser adicionado é calculada de acordo com volume de leite utilizado,
cuja a quantidade varia de 16 a 20%. A etapa de padronização e muito importante, pois a porcentagem
de gordura tem influência sobre a quantidade de açúcar a ser utilizada.
3.3.8 Ponto do doce em º Brix (68º)
A verificação do ponto pode ser feita de diversas maneiras, dentre elas:
- Coloca-se sobre uma pedra de granito ou mármore um pouco do doce, após esfriar, a consistência é
determinada.
- Colocam-se algumas gotas de doce num copo com água, se elas descerem até o fundo do copo sem
se dissolverem, mostra-se que o ponto do doce foi atingido.
(Eq.1)
21
- Através do refratômetro (Figura 5), instrumento utilizado para medir a concentração de sólidos
solúveis, pode-se medir a quantidade aproximada de açúcares presente na amostra em unidade de
Brix, o que corresponde a 1g de sólidos solúveis em suspensão em 100g de solução (% m/m ou %
m/v) a uma determinada temperatura (OLIVEIRA, 2012). Para o doce de leite, quando o aparelho
indicar 68 ºBrix, ou seja, aproximadamente 70% de sólidos totais, isso mostra o ponto do doce.
Figura 5 - Refratômetro.
Fonte: ALIEXPRESS, 2019. 3.3.9 Envase
O doce pronto é envasado, para assegurar maior vida de prateleira. O produto deve ser
envasado ainda quente, mantendo-se total assepsia, etapa realizada por uma máquina envasadora
(Figura 6). As embalagens plásticas de polipropileno com capacidade de 200 gramas (Figura 7), são
codificadas, com data, hora de produção e validade.
Figura 6 - Máquina envasadora de doce de leite.
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=RTlMgUdPTfw
22
Figura 7 - Embalagem para Doce de leite: CEPEL, 2019.
3.3.10 Estocagem/Distribuição
O produto final será estocado e armazenado em lugar limpo e arejado, com temperatura de
20º a 30ºC. Para garantir o controle no estoque, os produtos serão organizados para obedecer ao First-
Expire, First-Out – FEFO, onde os mais velhos saem primeiro, desta forma será comercializado de
acordo com a data de fabricação.
Para a distribuição do doce será utilizado caminhões tipo baú à temperatura ambiente.
Figura 8 - Caminhão tipo baú para distribuição.
Fonte: FIBRASIL, 2015.
23
4. LAYOUT
O layout pode ser definido como sendo a organização física da localização exata, na planta, de
tudo o que se associa com o processo, de uma empresa. O modo como um layout é desenhado, afeta
os custos de manipulação de matérias, os tempos de produção total e a produtividade do trabalhador
(GÓES et al., 2011).
De acordo com o Decreto Lei n° 9.013/2017 (RIISPOA), entende-se por Fábrica de laticínios
qualquer estabelecimento destinado à fabricação de derivados lácteos, envolvendo as etapas de
recepção de leite e derivados, transferência, refrigeração, beneficiamento, manipulação, fabricação,
maturação, fracionamento, ralação, acondicionamento, rotulagem, armazenamento e expedição de
derivados lácteos, além de permitir que a expedição de leite fluido a granel de uso industrial seja
realizada (BRASIL, 2017).
O layout da indústria exposto na Figura 9 demonstra os detalhes da área da indústria, bem como
da produção e equipamentos envolvidos no fluxograma do processo. Ele foi desenvolvido de acordo
com os requisitos descritos na Portaria nº 368 de 04 de setembro de 1997 do Regulamento Técnico
sobre as condições Higiênico-Sanitárias e de Boas Práticas de Elaboração para Estabelecimentos
Elaboradores/Industrializadores de Alimentos, que dentre seus requisitos estabelece os seguintes:
Localização em zonas isenta de odores indesejáveis, fumaça, poeira e outros contaminantes,
e que não estejam expostas a inundações;
As vias e áreas utilizadas pelo estabelecimento, que se encontram dentro do seu limite
perimetral, deverão ter uma superfície compacta e/ou pavimentada;
O fluxograma deverá permitir uma limpeza fácil e adequada.
Os prédios e instalações deverão garantir que as operações possam realizar-se nas condições
ideais de higiene;
Instalações que impeçam a entrada de insetos, roedores e/ou pragas e outros contaminantes;
Instalações que permitam separar as operações susceptíveis de causar contaminação cruzada;
Os pisos deverão ser de materiais resistentes ao impacto, impermeáveis, laváveis e
antiderrapantes;
As paredes deverão ser construídas e revestidas com materiais não absorventes e laváveis e
apresentar cor clara;
Os tetos ou forros deverão estar construídos e acabados de modo que se impeça a acumulação
de sujidade;
As janelas e outras aberturas deverão ser construídas de forma a evitar o acúmulo de sujidades;
24
As portas deverão ser de material não absorvente e de fácil limpeza;
As escadas, montacargas e estruturas auxiliares, como plataformas, escadas de mão e rampas
deverão estar localizadas e construídas de forma a não causarem contaminação;
Iluminação e ventilação suficientes;
Áreas de manipulação com estruturas e acessórios instalados de maneira que se evite a
contaminação direta ou indireta dos alimentos
Vestiários, sanitários e banheiros adequados e separados da zona de produção.
25
Figura 9 - Layout simplificado da Indústria de Doce de leite.
LEGENDA:
Área de Produção: Circulo 1 – Tanque Isotérmico; Circulo 2 – Padronizadora; Circulo 3 –
Pasteurizador em placas; Circulo 4 – Tacho de evaporação; Circulo 5 – Envasadora; Circulo 6 –
Caldeira; Circulo 7 – Sistema de refrigeração.
26
5. BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA
5.1 BALANÇO DE MASSA
Segundo Mazzucco (2013) a lei sobre a qual estão baseados os balanços de massa confirma
que a massa do universo (em estudo) não pode ser criada ou destruída. Como consequência o balanço
de massa representa uma peça fundamental do projeto de equipamentos, visto que é o estudo da
transferência de massa que ocorre durante as operações unitárias industriais. É empregado para
conhecer as quantidades de material em diferentes pontos do processamento, ajudando a projetar
plantas, estimar formulações, composições, rendimentos e eficiência do processo (FELLOWS, 2006).
Para se obter o balanço de massa do doce de leite caprino é fundamental saber as etapas do
processamento em que se podem compreender as entradas e saídas de componentes. Estas etapas são:
pasteurização, padronização do teor de gordura e evaporação no tacho.
A produção do doce será realizada em batelada, cuja as bateladas serão diárias, assim, o
balanço de massa será executado com base nesse tipo de produção. A quantidade inicial é de 200
litros de leite, o que representa uma produção estimada de 90 kg de doce de leite por dia. Para essa
produção de 90 kg de doce por batelada são utilizados os seguintes ingredientes apresentados na
Tabela 1.
Tabela 1 - Proporção total de ingredientes para produção de 90 kg de doce de leite caprino
Ingredientes Quantidade
Leite de Cabra 200 L
Sacarose (Açúcar) 36 kg
Bicarbonato de Sódio 104 g
Para calcular o balanço de massa, é necessário que a quantidade dos ingredientes esteja todos
na mesma unidade de massa. Desta forma precisa ser feita a transformação das unidades, transformar
a quantidade de leite que está em volume (L) para massa (kg).
De acordo com dados da Embrapa (2007) a densidade do leite (ρleite) é em média, 1,032 kg/L,
podendo variar entre 1,023 e 1,040 kg/L. Baseado nisso, calcula-se a massa em quilogramas do leite,
de acordo com a Equação 2:
27
𝜌 = 𝑚
𝑣
Onde:
ρ – densidade;
m – massa em quilogramas;
v- volume em litros
Substituindo pelos valores da produção, tem-se:
1,032 𝑘𝑔/𝐿 = 𝑚
200𝐿
𝑚 = 𝜌 ∗ 𝑣
m = 1,032 kg/L * 200L = 206,4 kg de leite
A partir disso, é possível obter a quantidade total de ingredientes para produzir 90 kg de doce de
leite caprino, conforme mostra a Tabela 2.
Tabela 2 - Proporção total de ingredientes para produção de 90 kg de doce de leite caprino todos na
mesma unidade.
Ingredientes Quantidade
Leite de Cabra 206,4 kg
Sacarose (Açúcar) 36 kg
Bicarbonato de Sódio 0,104 kg
5.1.1 Pasteurização do leite
No decorrer da etapa de pasteurização, a massa (kg) de leite que entra no pasteurizador com
finalidade de realizar o processo de esterilização, é a mesma massa (kg) de leite que irá sair ao
finalizar o processo, ou seja, considerando que não haverá perdas, o balanço de massa no
pasteurizador poderá ser expresso pela Equação 4:
MLentra = MLsai = 206,4 kg/dia
(Eq.3)
(Eq.4)
(Eq.2)
28
Onde:
MLentra = vazão mássica do leite integral que entra no pasteurizador (kg/dia);
MLsai = vazão mássica do leite desnatado que sai do pasteurizador (kg/dia);
5.1.2 Padronização do teor de gordura
Após a etapa de padronização, o creme obtido pelo desnate possui um teor de matéria gorda
de aproximadamente 55 a 60% de gordura (RODRIGUES, 2015). Desta forma, optou-se pela
composição de 55% de matéria gorda no creme. Além disso considerou-se que o leite integral possui
3,6 % de gordura e o leite semidesnatado decorrente da padronização possui 2,6% de gordura em sua
composição. O doce de leite será preparado a partir do leite semidesnatado (2,6% de matéria gorda).
O digrama de blocos (Figura 10) ilustra o balanço de massa para o teor de gordura na etapa de
padronização.
Figura 10 - Balanço de massa na etapa de padronização.
Onde:
MLint = vazão mássica do leite integral (kg/dia);
MLsdes = vazão mássica do leite semidesnatado (kg/dia);
MCr = vazão mássica do creme (kg/dia);
XgLint = fração mássica de gordura presente no leite integral;
XgLsdes = fração mássica de gordura presente no leite semidesnatado;
XgCr = fração mássica de gordura presente no creme.
Levando em consideração que o acúmulo é inexistente nas etapas do processo, os balanços de
massa podem ser representados pelo balanço de massa global (Equação 5) e balanço de massa por
componente (Equação 6).
PADRONIZADORA
MLint = 206,4 kg/dia
XgLint = 0,036
MLsdes = ? kg/dia
XgLsdes = 0,026
MCr = ? kg/dia
XgCr = 0,055
29
Balanço de massa global:
MLint = MCr + MLsdes
MLsdes = 206,4 - MCr
Balanço de massa por componente (Gordura):
MLint ∗ XgLint = MCr ∗ XgCr + MLsdes ∗ XgLsdes
206,4 ∗ 0,036 = MCr ∗ 0,55 + (206,4 − MCr) ∗ 0,026
7,4304 = 0,55 MCr + 5,3664 − 0,026 MCr
7,4304 − 5,3664 = 0,524 MCr
𝐌𝐂𝐫 = 𝟐, 𝟎𝟔𝟒
𝟎, 𝟓𝟐𝟒= 𝟑, 𝟗 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂
Sabendo o valor da vazão mássica do creme (MCr), é possível substituir no balanço de massa
global (Equação 5) e assim encontrar o valor da vazão mássica do leite semidesnatado (MLsdes).
MLint = MCr + MLsdes
MLsdes = 206,4 - MCr
MLsdes = 206,4 – 3,9 = 202,5 kg/dia
5.1.3 Evaporação no Tacho
A etapa de evaporação caracteriza-se pela extração parcial da água de alimentos líquidos com
a finalidade de obter um produto mais concentrado, através da ebulição e vaporização da água.
Nessa etapa, além da sacarose também é adicionado o bicarbonato de sódio, no entanto a
quantidade deste componente é muito pequena (104 gramas por produção), desta forma esse valor
pode ser desconsiderado do balanço de massa. Com a evaporação da água presente no leite, a
quantidade de sólidos totais deverá concentrar-se até 68%, valor do grau Brix obtido no ponto do
doce de leite. Compreendendo que a quantidade de sólidos totais da sacarose é 100% e do vapor de
água é 0% os balanços de massa global e por componente podem ser obtidos, como mostra na Figura
11.
(Eq.5)
(Eq.6)
30
Figura 11 - Balança de massa na etapa de evaporação
Onde:
MLsdes = vazão mássica do leite semidesnatado (kg/dia);
MSac = vazão mássica da sacarose (açúcar) (kg/dia);
MDoce = vazão mássica do doce de leite (kg/dia);
MVágua = vapor de água (kg/dia);
XsLsdes = fração mássica de sólidos totais presentes no leite semidesnatado;
XsSac = fração mássica de sólidos totais presentes na sacarose;
XsDoce = fração mássica de sólidos totais presentes no doce de leite;
XsV = fração mássica de sólidos totais presente no vapor de água.
A partir do balanço de massa global (Equação 7) pode-se calcular a quantidade de vapor de
água obtido na produção do doce de leite a cada batelada. Em seguida, pelo balanço de massa por
componente (Equação 8) calcula-se a quantidade de sólidos totais do leite semidesnatado.
Balanço de massa global:
MLsdes + MSac = MDoce + MVágua
202,5 + 36 = 90 + MVágua
MVágua = 148,5 kg/dia
Balanço de massa por componente (Sólidos Totais):
MLsdes ∗ XsLsdes + MSac ∗ XsSac = MDoce ∗ XsDoce + MVágua ∗ XsV
(Eq.8)
TACHO
MVágua = ? kg/dia
XsV = 0,0 MLsdes = 202,5 kg/dia
XsLsdes = ? MDoce = 90 kg/dia
XsDoce = 0,68 MSac = 36 kg/dia
XsSac = 1,0
(Eq.7)
31
202,5 ∗ XsLsdes + 36 ∗ 1 = 90 ∗ 0,68 + 148,5 ∗ 0
202,5 XsLsdes = 61,2 – 36
𝐗𝐬𝐋𝐬𝐝𝐞𝐬 = 𝟐𝟓, 𝟐
𝟐𝟎𝟐, 𝟓 = 𝟎, 𝟏𝟐
5.2 BALANÇO SIMPLIFICADO DE ENERGIA
Balanços de energia envolvem o relacionamento entre propriedades (como a entalpia e a
energia interna) e grandezas de interação (calor e trabalho).
Na etapa de evaporação ocorre o maior consumo energético de todo o processo produtivo. Em
decorrência disso, o balanço de energia será efetuado nessa etapa.
É sabido que no processo de evaporação a uma grande perda da quantidade de água presente no
leite, o que permiti um produto final mais concentrado. O objetivo desse balanço de energia é
quantificar o vapor saturado utilizado no evaporador e a quantidade de energia gasta durante a
produção diária de uma batelada referente a produção de 90 kg de doce de leite.
5.2.1 Evaporação no tacho
O balanço de energia será efetuado no tacho, etapa que ocorre o processo de aquecimento,
cujo resultado é a etapa de evaporação da água presente no leite.
Inicialmente, a vazão de entrada da alimentação (ṁf), representa a quantidade de leite
semidesnatado adicionado de sacarose (açúcar). Como já demostrado no balanço de massa (item
5.1.3), no entanto para a obtenção de melhores resultados, as vazões mássicas já encontradas foram
transformadas em relação às unidades, passando de kg/dia para kg/h. Desta forma a vazão mássica
do leite é de 8,44 kg/h e do açúcar é de 1,5 kg/h e do doce 3,75 kg/h. As frações de sólidos dos
ingredientes como já calculados, são: para o leite 12% (XsLsdes = 0,12), para o açúcar 100% (XsSac
= 1,0) e para o doce 68% ( XsDoce = 0,68).
O leite entra no evaporador a uma temperatura de aproximadamente de 10°C e sai a uma
temperatura (T1) temperatura igual a que está no interior do evaporador, neste caso a 100°C. A
alimentação do vapor saturado não se conhece, apenas se sabe que ela entra a uma pressão absoluta
de 2 bar com a finalidade de fornecer a temperatura necessária para que a etapa de evaporação da
água seja realizada. Para conhecimento, a Figura 12 ilustra o esquema de um evaporador de simples
efeito.
32
Figura 12 - Esquema do evaporador de simples efeito
Fonte: Arquivo pessoal (2019).
Onde:
mf = vazão mássica da alimentação (kg/h);
mvs = vazão mássica do vapor saturado (kg/h);
mv1 = vazão mássica de vapor evaporado (kg/h);
mLs = vazão mássica de líquido saturado (kg/h);
mp = vazão mássica do produto (kg/h).
Para calcular o balanço de energia no evaporador deve-se realizar o balanço de massa global
e por componente (Equações 7 e 8). O balanço de energia na etapa de evaporação é calculado através
da equação 9, descrita por Tadini et al. (2016).
Mf ∗ Ĥf + Mvs ∗ Ĥvs = 𝑀v ∗ Ĥv + Mls ∗ Ĥls + Mp ∗ Ĥp
Onde:
Hf = Entalpia da alimentação (kJ/kg °C);
Hvs = Entalpia do vapor saturado (kJ/kg °C);
Hv = Entalpia do vapor gerado (kJ/kg °C);
Hls = Entalpia do líquido saturado (kJ/kg °C);
Hp = Entalpia do produto (kJ/kg °C).
Como Mf= MLsdes + MSac, então:
MLsdes ∗ ĤLsdes + MSac ∗ ĤSac + Mvs ∗ Ĥvs = Mv ∗ Ĥv + Mls ∗ Ĥls + Mp ∗ Ĥp
(Eq.9)
(Eq.10)
33
Apenas para componentes que sofrem alteração no estado físico os valores das entalpias (H)
são tabelados, pois ocorre uma transferência de calor latente. Para os que não existe mudança de fase,
os valores das entalpias devem ser calculados (Equações 11, 12 e 13).
ĤLsdes = CpLsdes ∗ Δ𝑇leite
Ĥsac = CpSac ∗ Δ𝑇Sac
Ĥp = Cpp ∗ Δ𝑇Doce
Onde:
CpLsdes = calor específico do leite semidesnatado (kJ/kg);
CpSac = Calor específico da sacarose (kJ/kg);
Cpp = Calor específico do produto (kJ/kg).
Desta forma a Equação 10 se torna:
MLsdes ∗ CpLsdes ∗ Δ𝑇leite + Msac ∗CpSac ∗ Δ𝑇sac + Mvs ∗ Ĥvs = Mv ∗ Ĥv + Mls
∗ Ĥls + Mp ∗ 𝐶pp ∗ Δ𝑇Doce
Segundo Ibarz e Barbosa Cánovas (2007), para calcular o calor específico de um alimento
utiliza-se do modelo matemático conforme mostra a Figura 13, sendo o cálculo realizado em função
da própria composição do alimento.
Figura 13 - Modelo matemático para cálculo do calor específico de um alimento.
Fonte: Ibarz e Barbosa Cánovas (2007).
O cálculo do calor específico para cada ingrediente será realizado separadamente e estão
descritos no decorrer do texto.
(Eq.11)
(Eq.12)
(Eq.13)
(Eq.14)
34
Cálculo do Cp do leite:
Para encontrar o valor do calor específico (Cp) do leite, levou-se em consideração alguns
componentes (Tabela 3) e utilizou-se temperatura de 10°C, valor aproximado da temperatura de
entrada do leite no evaporador.
Tabela 3 - Calor específico (Cp) para cada componente do leite.
COMPONENTE
FÓRMULA Cp (kJ/kg °C)
Cp (kJ/kg °C)
a 10°C
Carboidrato Cp=1,5488 + 1,9625x10-3 x 10 – 5,9399x10-6 x 102 1,5678
Cinzas Cp=1,0926 + 1,8896x10-3 x 10 – 3,6817x10-6 x 102 1,1111
Gordura Cp=1,9842 + 1,4733x10-3 x 10 – 4,8008x10-6 x 102 1,9985
Proteína Cp=2,0082 + 1,2089x10-3 x 10 – 1,3129x10-6 x 102 2,0202
Umidade Cp=4,1762 – 9,0864x10-5 x 10 + 5,4731x10-6 x 102 4,1758
De acordo com Choi e Okos (1986), após substituição da temperatura, realiza-se um somatório
dos valores obtidos para encontrar o valor do Cp total do leite.
ƩCpi ∗ Xim
Onde:
Cpi = Calor específico encontrado a partir da Tabela de Choi e Okos (1986) para uma determinada
temperatura;
Xim = fração de cada componente no dado alimento.
O resultado é obtido a partir da multiplicação dos valores do Cp encontrados na Tabela 3 pela
fração de cada componente do leite. Adaptando a afirmação de Venturini et al. (2007) para um leite
semidesnatado teremos Tabela 4.
Tabela 4 - Composição centesimal do leite de cabra
PRODUTO Carboidrato Cinzas Gordura Proteína Umidade
Leite 5,0% 0,7% 3,9% 3,5% 87,0%
(Eq.15)
35
Cp Total = (1,5678∗0,05) + (1,1111 ∗ 0,007) + (1,9985 ∗ 0,039) + (2,0202 ∗ 0,035) +
(4,1758 ∗ 0,87)
Cpleite = 3,8678 kJ/kg °C
Cálculo do Cp da sacarose (açúcar):
Para o cálculo do valor do calor específico (Cp) da sacarose, levou-se em consideração alguns
componentes presentes na sacarose (Tabela 5) e utilizou-se a temperatura de 25°C, valor estimado
para a temperatura ambiente.
Tabela 5 - Calor específico (Cp) para cada componente da sacarose.
COMPONENTE
FÓRMULA Cp (kJ/kg °C)
Cp (kJ/kg °C)
a 25°C
Carboidrato Cp=1,5488 + 1,9625x10-3 x 25 – 5,9399x10-6 x 252 1,5942
Proteína Cp=2,0082 + 1,2089x10-3 x 25 – 1,3129x10-6 x 252 2,0376
Umidade Cp=4,1762 – 9,0864x10-5 x 25 + 5,4731x10-6 x 252 4,1773
Utilizam-se os valores de Cp da Tabela 5 e a Equação 15, junto com as frações dos
componentes descritos na Tabela 6. As frações mássicas da sacarose foram retiradas da Tabela
Brasileira de Composição de Alimentos (TACO, 2011; Anexo I), que apresenta a composição de
alimentos por 100g.
Tabela 6 - Composição centesimal para 100 gramas de sacarose.
PRODUTO Carboidrato Proteína Umidade
Sacarose 99,6% 0,3% 0,1%
Cp Total = (1,5942 ∗ 0,996) + (2,0376 ∗ 0,003) + (4,1773 ∗ 0,001)
CpSac = 1,5981 kJ/kg °C
Cálculo do Cp do doce de leite:
Nesta etapa, considerando que a temperatura do doce é 100°C, temperatura esperada para o
produto após processo de evaporação e utilizando os valores de Cp da Tabela 7 e a Equação 15, junto
com as frações dos componentes descritos na Tabela 8, é possível calcular o Cp do doce de leite. A
36
composição retirada da informação nutricional do produto em questão Figura 14. Construída levando
em consideração a legislação RDC n° 360 de 23 de dezembro de 2003.
Figura 14 - Informação Nutricional (doce de leite caprino)
Fonte: Arquivo pessoal, 2019.
Tabela 7 - Calor específico (Cp) para cada componente do doce de leite.
COMPONENTE
FÓRMULA Cp (kJ/kg °C)
Cp (kJ/kg °C)
a 100°C
Carboidrato Cp=1,5488+1,9625x10-3x100–5,9399x10-6 x 1002
1,6857
Gordura Cp=1,9842+1,4733x10-3x100–4,8008x10-6 x 1002
2,0835
Proteína Cp=2,0082+1,2089x10-3x100–1,3129x10-6 x 1002
2,1160
Umidade Cp=4,1762–9,0864x10-5x100+5,4731x10-6 x 1002
4,2218
Tabela 8 - Composição centesimal para 100 gramas de doce de leite.
PRODUTO Carboidrato Gordura Proteína Umidade
Doce de leite 18,8% 3,4% 2,6% 75%
CpTotal =(1,6857 ∗ 0,188) + (2,0835 ∗ 0,034) + (2,1160 ∗ 0,026) + (4,2218 ∗ 0,75)
CpDoce = 𝟑,6091 kJ/kg °C
Após a obtenção dos Cp de cada ingrediente e do produto final, utilizando a Equação 14 é
possível calcular a vazão mássica de vapor saturado que entra no processo. As entalpias de vapor
saturado e líquido saturado na entrada e na saída do evaporador foram definidas a partir da Tabela de
Propriedades do Vapor Saturado (Anexo II) então Ĥvs = 2706,3 kJ/kg e Ĥls = 504,7 kJ/kg, a entalpia
do vapor gerado que sai do evaporador, à temperatura de 100°C, Ĥv = 2676,0 kJ/kg.
37
MLsdes ∗ CpLsdes ∗ Δ𝑇leite + Msac ∗CpSac ∗ Δ𝑇sac + Mvs ∗ Ĥvs = Mv ∗ Ĥv + Mls ∗ Ĥls
+ Mp ∗ 𝐶pp ∗ Δ𝑇Doce
8,44kg/h ∗ 3,8678kJ/kg °C ∗ 10°C + 1,5kg/h ∗ 1,5981kJ/kg °C ∗ 25°C + Mvs ∗ (2706,3−504,7
kJ/kg) = 6,19kg/h ∗ 2676 kJ/kg + 3,75kg/h ∗ 3,6091 kJ/kg °C ∗ 100°C
Mvs = 7,96kg/h
A vazão mássica do vapor saturado (Mvs) que entra no evaporador é igual à vazão mássica
do líquido saturado (Mls) que sai desta forma:
Mvs = Mls = 7,96kg/h
Segundo Tadini et al. (2016), a taxa de transferência de calor pode ser calculada pela Equação
16:
q = U ∗ A ∗ (Tvs – T1) = Mvs ∗ Ĥvs - Mls ∗ Ĥls
Onde:
q = taxa de transferência de calor (W);
U = coeficiente global de transferência de calor (W/m2 °C);
A = área (m2);
Tvs = temperatura do vapor saturado (°C);
T1 = temperatura do vapor gerado (°C);
Mvs = vazão mássica do vapor saturado (kg/h);
Hvs = entalpia do vapor saturado (kJ/kg);
Mls = vazão mássica do líquido saturado (kg/h);
Hls = entalpia do líquido saturado (kJ/kg).
Para calcular o valor do coeficiente global de transferência de calor (U), considerou-se a área
do evaporador (A = 18m2), a temperatura do vapor saturado a 2 bar igual a 120,2°C (Tabela de
Propriedades do Vapor Saturado - Anexo II) e a T1, temperatura do vapor gerado, 100°C.
Transformando o valor da vazão mássica do vapor saturado (Mvs) de kg/h para kg/s, temos Mvs é de
0,00222 kg/s. Colocando na Equação 16 temos:
(Eq.16)
38
q = U ∗ A ∗ (Tvs – T1) = Mvs ∗ Ĥvs - Mls ∗ Ĥls
U ∗ 18𝑚2 ∗ (120,2 - 100°C) = 0,00221 kg/s ∗ 2706,3 kj/kg - 0,00221 kg/s ∗ 504,7 kj/kg
U = 0,00221 kg/s ∗ 2706,3 kj/kg − 0,00221 kg/s ∗ 504,7 kj/kg
18m2 ∗ (120,2 − 100°C)
U = 13, 38 W/m2 °C
Ainda utilizando a Equação 16, é possível calcular a taxa de transferência de calor (q)
envolvido no processo a cada batelada.
q = U ∗ A ∗ (Tvs – T1) = Mvs ∗ Ĥvs - Mls ∗ Ĥls
q = U ∗ A ∗ (Tvs – T1)
q = 13,38 W/m2 °C ∗ 18m2 ∗ (120,2 - 100°C)
q = 4864,96 W
Desta forma, a partir do balanço energético simplificado, foi possível verificar que a
quantidade de energia consumida no processo de fabricação de uma batelada do doce de leite (90kg)
é de 4886,78W.
6. ANÁLISE DE CUSTOS
Com a finalidade de mensurar o gasto necessário para a produção de uma batelada, o que
corresponde a 90 kg do produto (450 unidades de 200g), levou-se em consideração os custos com
matéria-prima, embalagem, mão de obra e energia elétrica no período de um mês. Assim, com base
na análise econômica foi possível avaliar o valor unitário do doce de leite utilizando o leite de cabra.
6.1 CUSTOS COM MATÉRIA-PRIMA E EMBALAGEM
Os custos para a produção do doce de leite caprino são referentes a uma batelada diária de 90
kg (450 unidades de 200g), incluindo as matérias-primas e embalagens necessárias. A batelada diária
de 90kg utiliza um volume de leite inicial de 206,4 kg (200L). O cálculo do custo foi realizado através
da soma dos itens necessários para a produção de uma batelada. A Tabela 9 estima os valores
atribuídos às matérias-primas e embalagens. A produção de uma batelada de 90kg de doce,
39
distribuídos em embalagens de 200g já inclusas com os selos de alumínio (90kg - 450 unidades de
200g), essas embalagens são acomodadas em caixas de papelão (embalagens secundárias), com uma
quantidade de 10 potes de doce em cada caixa. Os custos estimados são fundamentados em valores
pesquisados no mercado atual.
Tabela 9 - Custos com matérias-primas e embalagens.
Descrição Quantidade Valor Unitário kg (R$) Valor Total (R$)
Leite Pasteurizado 200 L 1,35 270,00
Sacarose (Açúcar) 36 kg 3,57 128,52
Bicarbonato de Sódio 0,104 kg 8,95 0,931
Embalagem 450 unidades 0,40 180,00
Selo de alumínio 450 unidades 0,15 67,5
Caixa de papelão 45 unidades 0,51 22,95
TOTAL 669,90
Desta forma, para uma produção diária de 450 unidades de 200 gramas e, considerando-se
apenas os gastos com matérias-primas e embalagens, o custo unitário é de R$1,49.
6.2 CUSTOS COM MÃO DE OBRA
A Tabela 10 descreve o número de funcionários, juntamente com as quantidades e seus
respectivos salários. Os salários foram calculados conforme o decreto nº 96601, de 1 de janeiro de
2019, que estabelece o valor do salário mínimo com sendo R$ 998,00 (novecentos e noventa e oito
reais) mensais (BRASIL 2019), acrescido dos encargos sociais, FGTS (8%) e INSS (20%). O decreto
de lei nº 4.950-A, de 22 de 36 abril de 1996, estabelece o salário base do engenheiro de alimentos é
de 6 salários mínimos com jornada de 6 horas de trabalho.
40
Tabela 10 - Custo previsto com mão de obra.
Descrição Quantidade Salário (R$) Salário + Encargos (R$) Total (R$)
Engenheiro de
Alimentos 1 5.988,00 7.664,64 7.664,64
Operador de
produção 3 1.040,00 1.331,2 3.993,6
Auxiliar de
produção 2 951,00 1.217,28 2.434,56
Estoquista 2 951,00 1.217,28 2.434,56
Resp.
Laboratório 1 1.100,00 1.408,00 1.408,00
Gerente
Administrativo 1 1.637,00 2.095,36 2.095,36
Motorista 1 1.153,00 1.475,84 1.475,84
Porteiro 1 1.153,00 1.475,84 1.475,84
Recepcionista 1 951,00 1.217,28 1.217,28
Serviços Gerais 2 998,00 1.277,44 2.554,88
TOTAL 15 26.754,56
O custo mensal com funcionários é de 26.754,56 reais. Considerando quatro semanas
trabalhadas e seis dias de produção (90 x 4 x 6) kg de doce, com a embalagens de 200g, no final do
mês de produção terá produzido 10.800 unidades do produto. Com o valor total previsto com a mão
de obra R$26.754,56 dividindo-se pelas unidades produzidas 10.800, tem-se o valor de 2,48 por
unidade de doce de leite com 200 gramas.
6.3 CUSTOS COM ENERGIA ELÉTRICA
Os custos com energia elétrica foram realizados considerando apenas os equipamentos
utilizados na produção e suas respectivas potências de consumo e o tempo de operação. Para o cálculo
utilizou-se o valor da tarifa industrial (Classe B3) de R$ 0,63 (sessenta e três centavos) por kWh de
energia elétrica (COSERN, 2019). A potência dos equipamentos são valores estimados de acordo
com pesquisa de fornecedores dos equipamentos (Tabela11).
41
Tabela 11 - Custos estimados com energia elétrica para a produção de uma batelada de 90 kg de
doce leite.
Equipamento Quant. Potência
(kW)
Tempo
(h)
Energia/dia
(kWh)
Custo/dia
(R$)
Custo/mês
(R$)
Tanque
Isotérminco 2 7,5 8 120 75,6 1.890,00
Padronizadora 1 15 3 45 28,35 708,75
Pasteurizador
a placas 1 31 3 93 58,59 1.464,75
Balança digital 1 0,015 8 0,12 0,0756 1,89
Tacho 2 0,9 12 21,6 13,608 340,2
Envasadora 1 2,5 4 10 0,63 157,5
TOTAL 289,72 176,85 4.563,09
Considerando 25 dias mensais de produção, obteve-se um valor mensal de a R$ 4.563,09.
Sabendo que a produção mensal é de 10.800 potes de doce, equivalente a 450 unidades por dia, o
custo de energia gasto para cada unidade é de R$ 0,39.
6.4 CUSTO UNITÁRIO DO PRODUTO
O valor determinado para o custo unitário do produto foi calculado a partir da soma dos
valores estimados anteriormente, em cima de uma produção de uma batelada diária de 90 kg (450
unidades de 200g), conforme mostra a tabela 12.
Tabela 12 - Custo unitário para 200g de doce de leite caprino.
Item Custo/unidade (R$)
Matéria-prima e embalagem 1,49
Mão de Obra 2,48
Custo com energia elétrica 0,39
TOTAL 4,36
42
7. TRATAMENTO DE RESÍDUOS
Nas indústrias de laticínios, cada etapa do processamento gera grandes volumes de efluentes
(“águas brancas”), correspondente ao processo de higienização, lavagem e desinfecção de
equipamentos, quebra de embalagens contendo leite e derivados e perdas nas enchedoras. Essas são
as etapas de maior expressão geração de efluentes, sendo as últimas citadas as que estão ligadas ao
termo de matéria orgânica presente no resíduo gerado (BRAILE E CAVALCANTI 1993).
As técnicas de tratamento para efluentes gerados em laticínios estão relacionados aos
processos comuns que combinam tratamento físico (ou físico-químico) com tratamento biológico. Os
processos físico-químicos são eficientes na retirada de sólidos em suspensão coloidal ou mesmo
dissolvidos, substâncias que caracterizam odor, cor e turbidez ao efluente. Já os processos biológicos
tem a função de retirar a matéria orgânica através do metabolismo de oxidação e de síntese das células.
Este tipo de tratamento é geralmente usado por causa da grande quantidade de matéria orgânica
facilmente biodegradável presente em sua composição (FAVARETTO et al., 2015.)
As ETE’s (Estações de Tratamento de Efluentes) são projetadas para uma circunstância
inicial, mas a operação diária indica o satisfatório ou instável funcionamento da mesma. Para um
funcionamento satisfatório, necessitam de operação adequada em cada uma de suas etapas, passando
de um processo ao outro com a máxima eficiência de remoção. A baixa geração de efluentes ou a
geração de um efluente com uma carga poluente mínima facilita o tratamento e diminuem custos para
a empresa. (FAVARETTO et al., 2015.)
O processo de uma Estação de Tratamento de Efluente (ETE) para indústria de laticínios
dispõe basicamente as seguintes etapas:
Figura 15 - Etapas de estações de tratamento residuais.
Fonte: CARVALHO, 2010.
43
- Pré Tratamento ou Tratamento preliminar:
Formado unicamente por processos físicos. Nesta etapa, envolve um gradeamento cuja
finalidade é realizar a remoção dos materiais sólidos grosseiros capazes de gerar entupimentos nas
próximas etapas do sistema de tratamento. Além do gradeamento há também a utilização de canais
de areia (caixas de areia) que auxiliam no bloqueamento de substâncias inertes. (GANDHI, 2004).
- Tratamento Primário
Etapa constituída por processos físico-químicos. Nesta etapa ocorre a equalização e
neutralização da carga do efluente, processo realizado em um tanque de equalização com adição de
produtos químicos. Na sequência ocorre a separação de partículas líquidas ou sólidas através de
processos de floculação e sedimentação, utilizando floculadores e decantador (sedimentador)
primário.
- Tratamento Secundário
Etapa na qual elimina parte da matéria orgânica, por meio de reações bioquímicas. Os
processos empregados nessa etapa podem ser através de lagoas anaeróbica ou aeróbica.
Tratamento com lagoas anaeróbicas constituem na estabilização de resíduos feita pela ação de
microorganismos, na ausência de oxigênio. As lagoas que utilizam os processos aeróbios mostra o
processo natural de decomposição, com eficiência no tratamento de partículas finas em suspensão. O
oxigênio presente nas lagoas dessa etapa é obtido por aeração mecânica (agitação) ou por insuflação
de ar.
- Tratamento Terciário
Por fim, é o tratamento terciário no qual pode ser empregado com a finalidade de se conseguir
remoções adicionais de poluentes específicos, ou melhor, os tóxicos ou não biodegradáveis, antes de
sua descarga no corpo receptor e/ou para recirculação em sistema fechado. Essa etapa é também
chamada de “polimento” é nela que normalmente ocorre a desinfecção das águas residuais já tratadas
com a finalidade de remover os organismos patógenos.
44
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com base nos dados aferidos, pode-se concluir que a produção de doce de leite caprino,
agregado de suas características nutricionais as propriedades sensoriais, demonstrou ser uma
alternativa economicamente viável, acessível e passível de ser desenvolvido.
Como sugestão, inicialmente, a indústria pode investir em planos de marketing e vendas para
estabelecer ações para alcançar competitividade dentro do mercado, bem como em treinamento e
bonificações dos funcionários afim de qualificar e estimular a equipe.
45
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51
ANEXOS
52
ANEXO I – Tabela Brasileira de Composição dos Alimentos (TACO, 2011).
53
Anexo II - Tabela de Propriedades do Vapor Saturado.
