desidratacao e liofilizacao

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2828282828 Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
Introdução
Todos os alimentos contêm água, em
quantidades mais ou menos importantes (90 a
95% para os legumes frescos e as frutas, 8 a
12% para os legumes secos, 60 a 70% para as
carnes, etc.). Elimina-se uma parte dessa água
para diminuir a sua atividade (Aw) ou para
reduzir os custos de transporte e de estocagem
no caso de produtos muito úmidos (leite,
sucos, etc.). A redução da atividade Aw aumenta
o prazo de conservação. De fato, quando a
atividade Aw é baixada para 0,7 não ocorre
mais desenvolvimento microbiano e, por volta
de 0,2, todas as reações de alterações estão no
mínimo.
As diferentes técnicas de concentração e
secagem consistem em eliminar a água, seja
por via mecânica, seja por via térmica.
Mecanicamente, poderá ser por centrifugação,
filtração, ultrafiltração, osmose reversa,
escoamento e prensagem, enquanto que,
termicamente, ocorrerá por ebulição e retirada
da água sob a forma de vapor. A liofilização é
uma técnica de eliminação de água por
sublimação. As outras técnicas para fazer
baixar a atividade da água consistem em saturar
o produto com açúcar (confisage) ou sal
(salmoura) e outros solutos, ou ainda, de
congelar a água.
As técnicas mecânicas são econômicas em
Ingredientes desidratados: 
A desidratação (ou secagem) é definida
como sendo a aplicação de calor sob
condições controladas para remover a
maior parte da água normalmente
presente nos alimentos, por evaporação
energia, respeitam as qualidades do produto,
porém, são limitadas e pouco seletivas:
- caráter limitado: elas somente eliminam a
água livre ou fracamente ligada ao produto.
Nenhum processo mecânico permite abaixar a
umidade de um produto acima de 60%;
- baixa seletividade: não é a água pura que é
eliminada, mas uma solução contendo solutos,
como os minerais, a lactose, as proteínas
solúveis,... Somente a osmose reverse é
totalmente seletiva.
- menor alteração do produto: com relação
aos processos térmicos, o produto é menos
alterado já que essas técnicas operam,
normalmente, a temperatura ambiente. Não
obstante, ocorrem perdas em matérias secas e,
conseqüentemente, em qualidade nutritiva,
devido à baixa seletividade;
- econômia em energia: já que só se elimina a
água pouco ligada, as necessidades em energia são
poucas. O processo térmico gera uma vaporização
da água, operação onerosa em energia.
Ao contrário das técnicas mecânicas, a
eliminação de água por meio térmico permite
eliminar uma grande quantidade de água do
produto. Porém, o aquecimento necessário à
vaporização da água está na origem de alterações
no produto e de um elevado consumo de energia.
No caso de um tratamento térmico, podem-se
observar as seguintes reações: oxidações das
matérias graxas e das vitaminas, reação de
2929292929Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
 liofilização x atomização
Maillard, insolubilização das proteínas e
volatilização dos aromas.
Pode-se distinguir ainda a concentração por
ebulição e a concentração e secagem por arraste.
No primeiro caso, leva-se o produto a
temperatura de ebulição e separa-se o vapor de
água que assim se forma. Para limitar as
alterações, a concentração é feita a vácuo para
abaixar a temperatura de ebulição da água. Essa
técnica é usada na concentração a vácuo e nos
secadores cilíndricos. No processo de
concentração e secagem por arraste, a diferença
de pressão de vapor entre o produto e o ar quente
e seco gera uma evaporação da água. É a técnica
empregada no atomizador e no secador de leito
fluidizado.
A liofilização
O processo de liofilização foi introduzido em
1906 pelos franceses Jacques-Arsène
d’Arsonval (1851-1940) e Georges Bordas,
depois de terem desenvolvido a refrigeração por
absorção.
A liofilização, ou criodessecação, é a
dessecação de um produto previamente
surgelado, por sublimação. Esse processo pode
ser realizado à pressão atmosférica, porém,
comercialmente, é feito em câmaras de vácuo
para aumentar a velocidade do processo (pois
reduz a pressão de vapor).
O solvente sublimado é geralmente água, mas
poderia ser também um álcool.
O processo de liofilização é composto de três
fases:
- o congelamento: é necessário que o
alimento seja trazido a uma temperatura
suficientemente baixa para ficar com
temperatura < -20°C durante a liofilização.
Pode-se abaixar a temperatura no equipamento
por circulação de um fluido frio entre as placas.
Pode-se também abaixar a temperatura por uma
evaporação de 15 a 20% da água do produto,
sob vácuo;
- a secagem ou dessecação primária:
corresponde a sublimação do gelo do produto.
A velocidade de dessecação é função da diferença
das pressões parciais entre o vapor de água e o
gelo, respectivamente, da frente de sublimação
e do condensador. É inferior a 1.5 kg/(m².h);
- a secagem secundária; em que a secagem
ou, no caso da liofilização, por sublimação.
Vamos conhecer, a seguir, dois dos
principais processos util izados na
desidratação: a liofilização (freeze-drying)
e a atomização (spray-drying).
Fonte: GEA Process
Engineering Division - NIRO A/S
Fonte: GEA Process
Engineering Division - NIRO A/S
3030303030 Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
é efetuada a uma temperatura inferior à da
degradação do produto, com a finalidade de
eliminar os últimos vestígios de água retida
por absorção. O objetivo desta dessecação é
de reduzir a Aw (2 a 8% de umidade residual).
Assim, pelo fato do processo ser realizado a
baixa temperatura e em ausência de ar
atmosférico, praticamente não se altera as
propriedades químicas e organolépticas do
produto. Comparando-se o processo de
liofilização com outros processos de secagem,
verifica-se que ele apresenta as seguintes
vantagens: menos contração do produto; maior
solubilidade devido à estrutura esponjosa deixada
pela saída de água; evita decomposição pelo
calor; reduz a perda de voláteis sem afetar a
qualidade do produto; reduz as ações enzimáticas
dos microrganismos; evita também a
desnaturação de proteínas; e mantém a
morfologia inicial do material.
O calor seca os alimentos ou concentra
líquidos fervidos, removendo água e, assim,
preservando o alimento por uma redução da
atividade de água. Porém, o calor também
causa perda das características sensórias
e qualidades nutricionais. Na liofilização ou
desidratação a frio um efeito preservativo
semelhante é alcançado através da redução da
atividade de água sem aquecer o alimento e,
como resultado, são mais bem retidas as
qualidades nutricionais e características
SEGURANÇA NO PROCESSAMENTO DE PRODUTOS DESIDRATADOS
A preocupação atual com produtos
saudáveis voltados ao natural, reforça a
tendência das indústrias de alimentos a
utilizarem produtos desidratados de frutas ou
a base de frutas. Nesta linha observa-se a
procura por produtos 100% fruta, frutas em
pedaços, orgânicos, funcionais, livres de
modificação genética – que trazem benefícios
àquele que está consumindo. Esta busca se
resume às indústrias e profissionais das áreas
de desenvolvimento disponibilizarem produtos
naturais, mantendo suas características
nutricionais e, acima de tudo, agradável
sensorialmente aos consumidores – tanto em
sabor como aparência. A preocupação com a
saúde leva a desenvolvimentos com maior
preocupação com alimentos seguros, livres de
pesticidas, contaminações microbiológicas e
outros fatores que podem contribuir de forma
negativa à saúde do consumidor.
A Duas Rodas dispõe de alguns tipos de
processos que asseguram a segurança do
alimento que está sendo produzido. Os
programas de qualidade aplicados nas linhas
de produção aliados aos manipuladores destes
produtos, contribuem de forma essencial para
a garantia de um produto seguro. Para reduzir
os riscos de contaminações, principalmente de
ordem microbiológica, em produtos pós-
processados, utiliza-se a técnica de
desidratação, que reduz a atividade de água
do alimento dificultando o crescimento
microbiológico.
A desidratação é um método de secagem
bastante antigo, no qual se utilizam equipamentos
que possibilitamo controle de variáveis que são
imprescindíveis para a garantia da qualidade
do produto final e objetiva a retirada total ou
parcial da água presente no alimento “in
natura”. Com esta retirada da água dos
alimentos, produzimos matérias-primas
desidratadas com altas concentrações de
elementos constitutivos do produto, como por
exemplo: gorduras, carboidratos, proteínas,
vitaminas entre outros ingredientes.
As vantagens na utilização dos produtos
desidratados estão tornando estas matérias-
primas cada vez mais utilizadas pelas indústrias
de alimentos, devido as características que elas
apresentam: disponibilidade de produtos à base
de frutas o ano todo, produtos disponíveis em
regiões em que as frutas não são nativas,
diminuição de peso e volume, maior conservação
em relação a fruta “in natura”, facilidade na
manipulação comparada com a utilização de
polpas ou sucos, forma de introduzir frutas em
produtos pós. Estes fatores demonstram a grande
importância dos produtos desidratados para as
indústrias de alimentos.
O processo de desidratação a ser utilizado
depende das características que se deseja em
sua aplicação final. As características e o aspecto
visual que se quer proporcionar ao produto final
são estudados de forma a aplicarmos o melhor
processo ao produto. Produtos com solubilidade
instantânea para aplicação em chás, onde a
solubilidade rápida é imprescindível, utiliza-se
o Instant Flavor; produtos com boa
solubilidade para aplicação em refresco em pó,
balas, sobremesas, pudins, usa-se os produtos
spray dryer; produtos com solubilidade
intermediária para aplicação em recheios de
biscoitos, recheios de waffers, biscoitos,
emprega-se os produtos de drum dryer;
produtos com baixa solubilidade, onde o
interesse é que eles apareçam na aplicação final
como para barras de cereais, cereais matinais,
iogurtes, também para chás em sachês,
basicamente as frutas em pedaços e outros
desidratados, utiliza-se o vacuum dryer.
A Duas Rodas Industrial dispõe de uma
gama muito grande de produtos desidratados,
neles estão incluídas as frutas desidratadas de
alta padrão de qualidade. A empresa também
conta com equipes técnicas, na área de
desenvolvimento de produtos, aplicação de
produtos desenvolvidos, análises e assistência
técnica, preparada para suprir às necessidades
de clientes e de um mercado cada vez mais
exigente.
David Roberto Vasel
Desenvolvimento de Desidratados -
Responsável Técnico
Fonte: Liobrás Ind. Com. e
Serviços de Liofilizadores Ltda.
3131313131Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
sensórias. Porém, ambas as operações são mais
lentas do que a desidratação convencional,
evaporação ou concentração por membrana. A
liofilização é comercialmente a operação mais
importante; é usada para secagem de alimentos
caros que têm aromas ou texturas delicadas (por
exemplo, café, cogumelos, ervas e temperos,
sucos de fruta, carne, frutos do mar, legumes e
refeições completas para rações do exército ou
expedições), atendendo a consumidores que
estejam dispostos a pagar preços mais altos por
uma qualidade superior. Além disso, culturas
microbianas para uso em alimentos processados
são liofilizadas para armazenamento em longo
prazo antes da geração de inoculação. A
desidratação a frio não é usada amplamente em
alimentos processados, mas encontra algumas
aplicações como pré-concentração de extrato de
café, antes da liofilização, aumentando o
conteúdo de álcool no vinho e na preparação de
sucos de fruta, vinagre e licores de pepino em
conserva.
Teoria da liofilização
(freeze drying)
A primeira fase do processo de liofilização é
a pré-concentração do produto e esmagamento
dos produtos sólidos, seguida do congelamento
do produto a -40ºC; esse congelamento ocorre
freqüentemente no próprio liofilizador. Pedaços
pequenos de alimento são rapidamente
congelados, produzindo pequenos cristais de gelo
e reduzindo danos à estrutura celular do
alimento. Em alimentos líquidos, o
congelamento lento é usado para formar um gelo
cristalino que provê canais para o deslocamento
do vapor da água.
A próxima fase é remover a água durante a
subseqüente secagem e, conseqüentemente,
obter um produto/alimento seco. Uma vez o
produto congelado, efetua-se um vácuo parcial
e injeta-se um fluido quente nas placas de
aquecimento. A colocação sob vácuo a pressões
inferiores a 610 Pa (6 mbar ou 4,58 Torr) é feita
com o auxílio de duas bombas de vácuo, onde a
primeira retira o máximo de ar e a segunda abaixa
a pressão restante com uma vazão de ar fraca.
Pode-se evitar o vácuo substituindo o ar por
azoto frio, cuja pressão parcial em vapor de água
é inferior aquela do gelo.
Se a pressão de vapor da água de um
alimento é mantida abaixo de 4,58 Torr (610,5
Pa) e a água é congelada, quando o alimento é
aquecido, o gelo sólido sublima diretamente em
vapor sem derreter Figura 1. O vapor de água é
continuamente retirado do alimento, mantendo
a pressão no gabinete de liofilização abaixo da
pressão de vapor na superfície do gelo,
removendo o vapor com uma bomba de vácuo
e condensando o mesmo em placas de
refrigeração. À medida que a secagem procede,
uma frente de sublimação se desloca no alimento
congelado, deixando para trás um alimento
parcialmente seco.
O vapor de água sai do alimento pelos canais
Principais diferenças entre a liofilização e a secagem convencional
Secagem convencional Liofilização
Adequada para alimentos de fácil secagem Adequado para a maioria dos alimentos, mas
(legumes e grãos) limitado aos que são de difícil secagem através
de outros métodos
Geralmente insatisfatório para carnes Adequado para carnes cozidas e cruas
Temperatura 37 – 93°C Temperaturas abaixo do ponto de congelamento
Pressão atmosférica Pressões reduzidas (27 – 133 Pa)
Evaporação da água da superfície de alimentos Sublimação da água
Movimento de solutos e, às vezes, Mínimo movimento de soluto
casos de endurecimento
Tensões em alimentos sólidos, causando Mínimas mudanças estruturais ou encolhimento
danos estruturais e encolhimento
Re-hidratação lenta e incompleta Re-hidratação rápida e completa
Partículas secas sólidas ou porosas, Partículas secas porosas com menor
apresentando freqüentemente uma densidade do que o alimento original
densidade maior do que o alimento original
Odor e flavour freqüentemente anormal Odor e flavour usualmente normais
Coloração freqüentemente mais escura Coloração usualmente normal
Valor nutricional reduzido Retenção de grande parte dos nutrientes
Custos geralmente baixos Custos geralmente altos, até quatro vezes o da
secagem convencional.
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formados pelo gelo sublimado, sendo removido.
Os alimentos são secos em duas fases: por
sublimação ou dessecação primária, até atingir
uma umidade de cerca de 15%, a uma
temperatura inferior a -25ºC e, depois, por
desorpção ou dessecação secundária, até atingir
uma umidade residual de 2%, em temperatura
de 20 a 40ºC, durante 2 a 6 horas, em função
da espessura do produto. A desorpção é atingida
elevando a temperatura na câmara de secagem
até a temperatura ambiente (os 20 a 40ºC
mencionados acima), segurando uma baixa
pressão. A quebra do vácuo é feita com um
gás neutro (azoto ou dióxido de carbono) para
evitar uma retomada de umidade; esse processo
dura cerca de 20 minutos.
Em alguns alimentos líquidos (por exemplo,
sucos de fruta e extrato de café concentrado),
a formação de um estado vítreo no
congelamento causa dificuldades na
transferência de vapor. Neste caso, o líquido
ou é congelado como uma espuma ou o suco é
seco junto com a polpa. Ambos os métodos
produzem canais dentro do alimento para o
vapor escapar. Um terceiro método consiste
em moer o suco congelado para produzir
grânulos, que secam mais rapidamente e
permitem melhor controle sobre o tamanho da
partícula do alimento seco.
A taxa de secagem depende principalmente
da resistência do alimento à transferência de
calor, porém, com menor importância, da
resistência ao fluxo de vapor (transferência
de massa) por parte da frente desublimação
(Figura 2).
Taxa de transferência de calor. Existem três
métodos para transferir calor para a frente de
sublimação.
- Transferência de calor pela camada
congelada (Figura 2 a).
A taxa de transferência de calor depende da
espessura e condutividade térmica da camada
de gelo. À medida que a secagem progride, a
espessura do gelo diminui e a taxa de
transferência de calor aumenta. Com o
processo de secagem, a espessura do gelo é
reduzida e aumenta a taxa de transferência de
calor. A temperatura na superfície do aquecedor
é limitada para evitar o derretimento do gelo.
- Transferência de calor pela camada seca
(Figura 2 b).
A taxa de transferência de calor para a frente
de sublimação depende da espessura e da área
do alimento, da condutividade térmica da
camada seca e da diferença de temperatura entre
a superfície do alimento e a frente gelada. A
pressão constante na câmara, a temperatura da
frente gelada fica constante. A camada seca dos
alimentos tem muito baixa condutividade
térmica (semelhante a materiais de isolamento),
oferecendo assim uma alta resistência ao fluxo
de aquecimento. À medida que o processo de
secagem continua, essa camada torna-se cada
vez mais grossa e a resistência ao fluxo de
aquecimento aumenta. Como em outras
operações unitárias, uma redução no tamanho
ou espessura do alimento e um aumento na
diferença de temperatura aumentam a taxa de
Fonte: GEA Process
Engineering Division - NIRO A/S
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transferência de calor. Porém, na liofilização, a
temperatura de superfície é limitada a 40-65°C
para evitar a desnaturação das proteínas e outras
mudanças químicas que reduziriam a qualidade
do alimento.
- Aquecimento através de microondas
(Figura 2 c).
O calor é gerado na frente gelada e a taxa de
transferência de calor não é influenciada pela
condutividade térmica do gelo ou do alimento
seco, ou a espessura da camada seca. Porém, o
aquecimento por microondas é mais difícil de
controlar e há um risco de superaquecimento
localizado se qualquer gelo derreter.
Taxa de transferência de massa. Quando o
calor alcança a frente de sublimação, ele eleva a
temperatura e a pressão do vapor da água do
gelo. O vapor se move através do alimento seco,
para uma região de baixa pressão de vapor, na
câmara de secagem. Em processo comercial de
liofilização, 1 g de gelo forma 2 m³ de vapor a
67 Pa, sendo, então, necessário remover várias
centenas de metros cúbicos de vapor por
segundo pelos poros do alimento seco. Os
fatores que controlam o gradiente da pressão
do vapor da água são:
- a pressão na câmara de secagem;
- a temperatura do condensador de vapor,
que deve ser tão baixa quanto economicamente
possível;
- a temperatura de gelo na frente de
sublimação, que deve ser tão alta quanto possível,
sem derreter.
Na prática, a mais baixa pressão na câmara
de secagem, do ponto de vista econômico, é de
aproximadamente 13 Pa e a mais baixa
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temperatura do condensador é de aproxi-
madamente -35°C.
Teoricamente, a temperatura do gelo deve
ser elevada até justo abaixo do ponto de
congelamento. Porém, acima de um ponto crítico
de temperatura de colapso (Quadro 1) os solutos
concentrados no alimento são suficientemente
móveis para fluir simplesmente pelas forças que
operam dentro da estrutura do alimento. Quando
isto acontece, há um colapso instantâneo
irreversível da estrutura do alimento que
restringe a taxa de transferência de vapor e,
efetivamente, termina a operação de secagem.
Na prática, existe então uma temperatura máxima
de gelo, uma temperatura mínima do
condensador e uma pressão mínima da câmara,
sendo que estes controlam a taxa de
transferência de massa.
Quadro 1 - Temperaturas de colapso de
alguns alimentos na liofilização
Alimentos Temperatura de colapso (ºC)
Extrato de café (25%) - 20
Suco de maça (22%) - 41,5
Suco de uva (16%) - 46
Tomate - 4
Milho doce - 8 a -15
Batata -12
Sorvete -31 a -33
Queijo Cheddar - 24
Peixe -6 a -12
Carne de vaca -12
Adaptado de Bellows & King (1972) e Fennema (1996).
Durante a secagem, o conteúdo de
umidade caí de um nível inicial alto na zona
congelada para um nível mais baixo na
camada seca (Figura 2), que depende da
pressão de vapor da água no gabinete.
Quando o calor é transferido pela camada
seca, a relação entre a pressão no gabinete e
a pressão na superfície de gelo é:
Ps + Kd (θθθθθs – θθθθθi)
Pi =
bλλλλλ s
onde, P
i
 (Pa) é a pressão parcial da água na
frente de sublimação, P
s
 (Pa) é a pressão parcial
da água na superfície, K
d
 (W m-1 K-1 ) é a
condutividade térmica da camada seca, b (kg
s-1 m-1) é a permeabilidade da camada seca, λ
s
(J kg-1) é o calor latente da sublimação, θ
s
 (°C)
é a temperatura de superfície e è
i
 (°C) é a
temperatura na frente de sublimação (°C).
3535353535Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
Os fatores que controlam o tempo de
secagem são descritos da seguinte forma:
x² p(M1 – M2)λλλλλs
td =
8 kd (θθθθθs – θθθθθi)
onde, t
d
 (s) é o tempo de secagem, x (min)
a espessura do alimento, r (kg m-3) é a
densidade bruta do alimento seco, M
1
 é o
conteúdo de umidade inicial e M
2
 é o conteúdo
de umidade final na camada seca. Deve-se
ressaltar que o tempo de secagem é
proporcional ao quadrado da espessura do
alimento: dobrando a espessura, aumentará o
tempo de secagem por um fator de quatro.
Equipamento usado no processo de
liofilização. Os liofilizadores são equipamentos
compostos de uma câmara de vácuo equipada
de bandejas para segurar o alimento durante a
secagem, e aquecedores para fornecer o calor
latente de sublimação. São usadas válvulas de
refrigeração para condensar os vapores direta-
mente em gelo (i.e. sublimação inversa). São
equipadas de dispositivos de descongelamento
automático para manter a área máxima possível
das válvulas de refrigeração livre de gelo para
condensação de vapor. Isto é necessário, porque
a maior parte do input em energia é usada para
refrigeração dos condensadores, sendo o
aspecto econômico da liofilização determinado
pela eficiência do condensador:
temperatura de sublimação
Eficiência =
temperatura de refrigeração no condensador
Bombas de vácuo removem os vapores não
condensáveis. Os tipos diferentes de secadores
são caracterizados de acordo com o método
utilizado para prover calor à superfície do
alimento. Os equipamentos empregando
condução e radiação são comercialmente
usados, sendo agora também utilizados
equipamentos de microondas. Para cada tipo
de secador existem equipamentos contínuos ou
por lote (batch). No sistema de secagem por
lote, o produto é lacrado na câmara de secagem,
a temperatura de aquecimento é mantida,
inicialmente, em 100-120°C, sendo
gradualmente reduzida em um período de
secagem de 6-8 horas. As condições de
secagem certas são determinadas individual-
mente para cada alimento, contanto, que a
temperatura na superfície do alimento não
exceda 60°C. Na liofilização contínua, as
bandejas de alimento entram e saem do secador
através de fechaduras de vácuo. Uma pilha de
bandejas, intercaladas com placas aquecedoresé conduzida sobre trilhos através das zonas de
aquecimento em uma longa câmara de vácuo.
As temperaturas de aquecimento e o tempo de
permanência do produto em cada zona é pré-
programada individualmente para cada alimento
e são usados microprocessadores para
monitorar e controlar os tempos do processo,
temperatura e pressão na câmara, bem como a
temperatura na superfície do produto.
Os tipos de secadores utilizados em
liofilização incluem:
Liofilizadores de contato (ou condução).
O alimento é colocado sobre bandejas
sanfonadas que descansam em placas
aquecedoras (Figura 3 a). Este tipo de
equipamento de secagem é mais lento do que
outros designs, porque o calor é transferido por
condução para somente um lado do alimento.
O contato entre o alimento congelado e a
superfície aquecida é desigual, reduzindo a taxa
de transferência de calor. Além disso, ocorre
uma queda de pressão através do alimento, a
qual resulta em diferenças entre as taxas de
secagem nas camadas superiores e inferiores.
A velocidade do vapor é da ordem de 3 m s-1 e
pequenas partículas de produto podem ser
levadas embora pelo vapor, se perdendo.
Porém, os liofilizadores de contato têm
3636363636 Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
capacidades maiores do que os outros tipos.
Liofilizadores de processo acelerado.
Neste equipamento, o alimento é acomodado
entre duas camadas de malha expandida de
metal e sujeito a uma pressão leve em ambos
os lados (Figura 3 b). O aquecimento é feito
por condução, mas o calor é transferido mais
rapidamente ao alimento pela malha do que no
caso de bandejas convencionais, e o vapor
escapa mais facilmente da superfície do
alimento. Ambos os mecanismos causam uma
redução no tempo de secagem comparados
aos liofilizadores de contato.
Liofilizadores por radiação – A radiação
infravermelha de aquecedores radiantes é usada
para aquecer camadas finas de alimentos em
bandejas planas (Figura 3 c). O aquecimento
é mais uniforme do que em liofilizadores de
contato (ou condução), porque as
irregularidades da superfície no alimento têm
efeito menor na taxa de transferência de calor.
Assim, não há queda de pressão no alimento e
têm-se assim condições constantes de
secagem. O movimento do vapor é de
aproximadamente 1 m s-1 e tem pouco risco
de pequenas partículas do produto serem
levadas embora. Não é necessário um estreito
contato entre o alimento e os aquecedores e
pode-se usar bandejas planas convencionais,
que são mais baratas e fáceis de limpar.
Liofilizadores dielétricos e de microondas
- Aquecedores de microondas têm uso
potencial na liofilização, mas não são
amplamente usados comercialmente. Seu
controle é difícil, porque a água tem um fator
de perda mais alto do que o gelo e qualquer
derretimento local do gelo causa “fuga” de
superaquecimento, com reação em cadeia.
 O processo de atomização
(spray drying)
O processo de atomização pode ser aplicado
a qualquer produto possível de bombear:
emulsões, pastas, soluções e suspensões de
cereais e extratos de plantas, lácteos em geral,
cafés e seus sucedâneos, leveduras, hidro-
lisados de proteínas, derivados marinhos,
subprodutos de frigoríficos, ovos, frutas e
extratos de frutas. Basicamente, o processo
de secagem por atomização consiste em
pulverizar o produto dentro de uma câmara
submetida a uma corrente controlada de ar
quente e, dessa maneira, consegue-se uma
evaporação dos solventes, em geral água,
obtendo-se uma separação ultra-rápida dos
sólidos e solúveis contidos, com a mínima
degradação do produto a secar, terminando esse
processo com a recuperação do produto já em
pó.
O processo de spray drier é tradicionalmente
conhecido para produção de leite em pó; nos
últimos 20 anos, os processadores de alimentos
que utilizam essa técnica têm sido cada vez mais
exigentes em termos de produtividade e
flexibilidade dos equipamentos. Hoje, os
principais requisitos dos produtores de
alimentos em pó por atomização são:
- flexibilidade, i.e. deve ser possível produzir
uma grande variedade de produtos na mesma
planta, ou seja, com os mesmos equipamentos;
- os equipamentos devem produzir pós de
alta qualidade com propriedades funcionais,
bacteriológicas e físico-químicas específicas
i.e. sem poeira, estável, com densidade definida,
etc.;
- deve ser possível ter longos períodos de
produção dos equipamentos antes da
necessidade de uma operação de limpeza i.e.
sem a ocorrência de depósitos, de qualquer
importância que seja, no equipamento de
processo;
- deve ser possível efetuar a limpeza dos
spray dryers de forma rápida e efetiva;
- os equipamentos devem funcionar com
controles automáticos, com somente pequenas
divergências em relação aos parâmetros
selecionados e com início de operação, parada
e limpeza automáticas;
- os spray dryers devem ter baixo consumo
de energia e baixos custos de operação.
Na prática, os desenvolvimentos mais
importantes dos atomizadores ocorreram nos
seguintes campos:
- os atomizadores tradicionais, de um só
estágio, foram substituídos por atomizadores
de dois ou multi-estágios;
- as técnicas de atomização e aglomeração
foram melhoradas;
- a carga sobre o meio-ambiente e o
consumo de energia foram reduzidas;
- as condições de higiene e limpeza CIP
(cleaning-in-place) foram melhoradas;
- os sistemas de controle e automatização
tornaram-se mais sofisticados.
Hoje, a atomização é um processo flexível,
com muitas possibilidades de controle dos
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parâmetros operacionais para obter a qualidade
de pó desejada. A produção de pó consiste em
vários processos diferentes, tais como,
homogeneização, pré-aquecimento do
concentrado, atomização/aglomeração,
secagem, lecitinação, re-umidificação do
aglomerado e secagem/esfriamento final,
todos esses podendo ser controlados em um
único sistema de secador.
Tecnicamente, uma fina dispersão de um
alimento pré-concentrado (40-60% de
umidade) é atomizado para formar finas
gotinhas, que são borrifadas em uma câmara
de secagem grande, em um fluxo de ar
aquecido, a co- ou contracorrente, a uma
temperatura de 200-300°C. Existem vários
tipos de bicos atomizadores e os mais usados
são:
- Atomizador centrífugo. O líquido é
alimentado no centro de um disco ou esfera
giratória, que têm uma velocidade periférica
de 90-200 ms-1. As gotinhas, de 50-60 mm de
diâmetro, são arremessadas para formar um
spray uniforme.
- Atomizador de bico de pressão. O líquido
é forçado à alta pressão (700-2000 x 10³ Pa)
por uma pequena abertura, formando gotinha
de 180-250 mm. Ranhuras na parte interna
do bico de atomização fazem com que a
atomização ocorra em forma de cone, usando
assim o volume total da câmara de secagem.
- Atomizador de bico de fluido duplo. Um
ar comprimido cria uma turbulência que
atomiza o líquido. A pressão operacional é mais
baixa do que em bico de pressão convencional,
mas uma gama mais larga de tamanhos de
gotinhas é produzida.
- Atomizador de bico ultra-sônico. Em um
atomizador de duplo estágio, no qual o líquido
é primeiro atomizado por um atomizador de
bico convencional para depois, por energia
ultra-sônica, induzir uma cavitação adicional.
Atomizadores de bico são suscetíveis a
entupimento, por partículas de alimentos e,
alimentos mais abrasivos alargam
gradualmente a abertura dos bicos, o que vai
progressivamente aumentar o tamanho médio
das gotinhas.
A secagem rápida (1-10 s) é obtida devido
a área superficial muito grande das gotinhas.
A taxa de alimentação é controlada para manter
uma temperatura de ar de saída de 90-100°C,
que corresponde a uma temperatura úmida (e
temperatura de produto) de 40-50°C,
produzindo poucos danos ao alimento. O pó
seco é coletado na base do secador usando
um transportador de parafuso ou sistema
pneumático com ciclone separador. Existe um
grande número de designs de atomizadores,
câmara de secagem, aquecedores de ar e
coletores de pó; esses diferentes modelos
surgem dos diferentes requerimentos
decorrentes da variedade muito grandede
alimentos que podem ser spray dried (por
exemplo, leite, ovo, café, cacau, chá, batata,
mix para sorvete, manteiga, nata, iogurte e
queijo em pó, coffee whitener, sucos de fruta,
carne, fermento, aromas encapsulados,
amidos de trigo e de milho). Os spray driers
também podem ser equipados com a instalação
de um leito fluidizado para dar um maior
acabamento ao pó saindo da câmara de
secagem. Os equipamentos de spray drying
variam em tamanho, desde modelos em escala-
piloto para pequenos volumes de alto valor,
tais como enzimas e aromas, até modelos
comerciais com capacidade para produção de
10.000 kg de leite em pó por hora.
As principais vantagens do processo de
secagem por atomização são secagem rápida,
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3838383838 Aditivos & Ingredientes - nº 43 - Março/Abril 2006
produção contínua em larga escala, baixo
custo de mão-de-obra e, são de operação
e manutenção
relativamente
simples. As
principais limi-
tações são o alto
custo de capital inicial e
a necessidade de se
trabalhar com um con-
teúdo de umidade do
alimento relativamente
alto, para assegurar que o
mesmo possa ser bom-
beado para o atomizador.
Isto resulta em mais altos
custos de energia (para a remoção da umidade)
e perdas voláteis maiores. Os secadores de
correia-transportadora e de leito
fluidizado estão começando
a substituir os spray dryers
por serem mais com-
pactos e eficientes do
ponto de vista energético.
Outra alternativa são os secadores por ultra-
sons. Primeiro, são produzidas pequenas
gotículas em um líquido através de ultra-som,
sendo então aquecidas para remover a água. A
secagem ocorre de forma muito rápida (às vezes
dentro de segundos), sendo o resíduo seco
coletado. Este processo funciona bem para
soluções de baixo teor de gordura, porém, não
tão bem com alimentos oleosos ou gordurosos
que não secam facilmente.
 Conclusão
As vanta-
gens da liofili-
zação são bas-
tante claras.
Os alimentos liofilizados apresentam uma
retenção muito alta de suas características
sensórias e qualidades nutricionais, bem como
uma vida útil superior a 12 meses, quando
corretamente embalados. Os compostos
aromáticos voláteis não são arrastados no vapor
de água produzido pela sublimação e ficam
retidos na matriz do alimento. Como resultado,
é possível conseguir uma retenção de aroma de
80-100%.
A textura dos alimentos liofilizados é bem
conservada; apresenta pouco encolhimento e
nenhum caso de endurecimento. A estrutura
porosa aberta (Figura 4) facilita uma completa e
rápida re-hidratação, porém, é frágil e requer
proteção contra danos mecânicos. Não ocorre
quase que nenhuma mudança nas proteínas,
amidos ou outros carboidratos. Porém, a
estrutura porosa aberta do alimento pode
permitir a entrada de oxigênio e causar, assim,
uma deterioração oxidativa dos lipídios. Por este
motivo, é adequado o empacotamento com gás
inerte. As mudanças no conteúdo de tiamina e
de ácido ascórbico durante a liofilização são
moderadas e as perdas de outras vitaminas são
desprezíveis (Quadro 2). Porém, as perdas de
nutrientes devido a procedimentos de preparação,
especialmente o branqueamento de legumes,
podem afetar, substancialmente, as qualidades
nutricionais finais do alimento liofilizado.
Já o processo de atomização oferece a
possibilidade de ter uma produção flexível de
alta qualidade, oferecer produtos em pó sob
medida (taylor-made) – incluindo concentrados
e produtos com altos teores de gordura – com
propriedades de acordo com as necessidades dos
clientes e dentro dos padrões internacionais, tais
como: fórmulas infantis, proteínas de leite
concentradas, caseínato, queijo, imitação de
creme para café (coffee whitener), mistura para
sorvetes, lactose, iogurte, proteína de soro
concentrada, etc., etc.❏
Quadro 2 - Perda de vitaminas durante a liofilização
Perda (%)
Vitamina C Vitamina A Tiamina Riboflavina Niacina Ácido pantotênico
Feijão (verde) 26 - 60 0 -24 - 0 10 -
Ervilhas 8 - 30 5 0 - 0 10
Suco de laranja 3 3 - 5 - - - -
Carne de vaca - - 2 0 0 13
Carne de porco - - < 10 0 0 56
Fonte: adaptado de J.M. Klink, Effect of processing on nutritive value of food: freeze-drying
Fonte: GEA Process
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