CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO CONTROLE DA UMIDADE - PDF
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Elias Amaro Castelo
1 CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PELO CONTROLE DA UMIDADE 1
2 Processo no qual a água é removida rápida ou lentamente, envolvendo duas operações fundamentais na indústria de alimentos: transferência de calor e de massa. Vantagens Redução de espaços de armazenamento, peso e volume de produtos; Maior facilidade na manipulação, armazenamento, transporte; Redução de custos de embalagem e armazenamento; Maior estabilidade do alimento pela redução de água, inibindo as reações microbiológicas e retardando as enzimáticas.
3 SECAGEM: ENGLOBA OS PROCESSOS SEM CONTROLE DAS CONDIÇÕES AMBIENTAIS DESIDRATAÇÃO: ENGLOBA AS OPERAÇÕES NAS QUAIS AS CONDIÇÕES DO PROCESSO SÃO CONTROLADAS (OS EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NA DESIDRATAÇÃO SÃO DENOMINADOS SECADORES). DESVANTAGENS DA SECAGEM NATURAL CONDIÇÕES AMBIENTAIS NÃO CONTROLADAS (UMIDADE, SOL, CHUVA, VENTO); NECESSITA DE ÁREAS EXTENSAS; CONTROLE DEFICIENTE DAS CONDIÇÕES SANITÁRIAS (PREDADDORES, POEIRA, INSETOS); POSSIVEL FERMENTAÇÃO ( EM FRUTAS ) COM PERDA DE AÇUCARES; MÃO DE OBRA NUMEROSA (CUSTO); DESUNIFORMIDADE DO PRODUTO; DIFICULDADE DE CONTROLE NA ENTRADA DE MATÉRIA PRIMA E FORNECIMENTO DO PRODUTO PROCESSADO.
4 CONCEITOS E FUNDAMENTOS DO PROCESSO Misturas ar-água estão envolvidas na maioria das operações de secagem. Princípio geral do processo de secagem: o ar conduz calor até o alimento que vai ser desidratado, causando evaporação da água e carrega a umidade deste vapor liberado do alimento. A eficiência do processo de secagem depende de: Das propriedades do alimento Das propriedades do ar de secagem Umidade relativa Velocidade do ar Temperatura
5 Temperatura de bulbo seco: temperatura da mistura ar-água medida pela imersão de um termômetro na mistura, sem qualquer alteração do termômetro. Temperatura de bulbo úmido: é a temperatura na qual a água por evaporação no ar úmido a uma dada temperatura de bulbo seco, pode levar o ar à saturação adiabaticamente quando a pressão é constante. Ponto de orvalho de uma mistura ar-água: é a temperatura na qual a mistura torna-se saturada quando resfriada a pressão constante. Se a mistura é resfriada abaixo do ponto de orvalho, a mistura condensará água. Umidade relativa: é a a razão entre a pressão parcial de vapor da água no sistema e a pressão de vapor saturado na mesma temperatura
6 Diagrama Psicrométrico C:\DOCUME~1\ADMINI~1\MEUSDO~1\AULASG~1\LAN266~1\PROGRA~1\Default.psy 100 rh(%) Pressure kpa h(kj/kg) W(kg/kg) v(m^3/kg) t(c)
7 FATORES RELACIONADOS AOS ALIMENTOS QUE INFLUENCIAM O PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO Rápida desidratação: a altas temperaturas, a superfície do alimento torna-se seca e rígida antes que o centro do alimento esteja desidratado. Ao final do processo, quando o alimento se desidrata e encolhe, a água é retirada das camadas mais rígidas, ficando espaços, poros de ar no interior e mais leve. Produtos menos densos: absorvem água e se reconstituem mais rapidamente, é mais atrativo e mais parecido com produto original, tendo um maior volume, entretanto, têm maiores custos de embalagem, transporte e menor estabilidade devido à bolsas de ar que causam oxidação. 7
8 ÁGUA NOS ALIMENTOS AA = p 1 / p 0 ; UR % = ( p 1 / p 0 ) x 100, portanto aa x 100 = UR % p 1 = pressão de vapor da água de um sistema à temperatura " T '" p 0 = pressão de vapor da água pura e livre à mesma temperatura " T " 8
9 ISOTERMA DE ADSORÇÃO 100 Umidade asoluta (g H2O/100g) Expressa as relações entre a atividade de água de um alimento e o conteúdo de água desse alimento 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 AA 9
10 Soluções Salinas SOLUÇÃO SATURADA Cloreto de Lítio Acetato de Potássio Cloreto de Magnésio Nitrito de Potássio Nitrito de Sódio Cloreto de Sódio Cloreto de Potássio Cloreto de Bário UR a 23 o C 12,0 22,7 33,2 48,1 64,3 75,8 85,0 90,0 10
11 NaBr CuCl 2 NaCl KCl KNO 3 0,57 0,67 0,75 0,84 0,93 PERDE PERDE EM QUILÍBRIO GANHA GANHA UMIDADE UMIDADE UMIDADE UMIDADE 11
12 crescimento de leveduras Velocidade relativa oxidação de lipídios escurecimento não enzimático atividade enzimática crescimento de bolores crescimento de bactérias 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Atividade de água
13 Processos de remoção de umidade convecção - aporte de calor e remoção de umidade por um gás (o ar quente predomina) condução - calor aportado por contato direto ( usado em processos à pressão normal e a vácuo) radiação - usado em alguns equipamentos a vácuo combinação de processos Velocidade de secagem = quantidade de umidade removida do material a secar na unidade de tempo, por unidade de superfície, ou unidade de peso : (kg água / m 2.h) 13
14 VELOCIDADE DE SECAGEM AR QUENTE 3 g ÁGUA / m2.h VELOCIDADE DE SECAGEM 2 TERCEIRO PERÍODO SEGUNDO PERÍODO PRIMEIRO PERÍODO TEMPERA- TURA 1 TEMPERATURA DO MATERIAL UMIDADE DE EQUILÍBRIO PARTES DE ÁGUA POR PARTES DE MATÉRIA SECA 14
15 TRANSCURSO DA SECAGEM AR QUENTE VAPOR 1 o período: (a energia é utilizada no calor de vaporização da água) 2 o período: a água está no interior do material 3 o período: umidade de equilíbrio (p vap.ar = p vap.mat. ) 15
16 A grandeza da velocidade de secagem depende de fatores como: relação superfície exposta por unidade de peso; porosidade do material a secar; condutibilidade térmica do material; velocidade e turbulência do ar; gradiente de pressão de vapor entre o material e o ar. 16
17 SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS Secadores por convecção de ar Fornos Bandejas Túnel Leito fluidizado Produtos em pedaços Pedaços, purês e líquidos Produtos em pedaços Pedaços muito pequenos, grânulos Atomização Líquidos, purês Secadores de tambor ou rolos - Condução Atmosféricos Vácuo Purês, líquidos Purês, líquidos Secadores a vácuo Bandejas liofilizadores Pedaços, purês e líquidos Pedaços e líquidos
18 Características dos Principais Secadores Secadores por condução: contato direto dos alimentos com uma superfície aquecida Secadores por convecção de ar (adiabáticos): o ar quente entra em contato direto com o alimento fornecendo uma importante fonte de calor para a evaporação. Deve obrigatoriamente envolver a circulação de ar forçado e uma fonte de aquecimento do ar.
19 TIPOS GERAIS DE SECADORES MECÂNICOS SECADORES POR CONDUÇÃO A - ESTUFAS SECADORAS Pode se utilizar o vácuo que permite secar a baixa temperatura B - TAMBORES SECADORES (aberto ou com vácuo) 19
20 SECADORES ADIABÁTICOS A - TUNEIS DE SECAGEM DE CORRENTE PARALELA B - TUNEIS DE SECAGEM DE CONTRA CORRENTE C - TUNEL DE SECAGEM DE CORRENTE CONJUGADA 20
21 TUNEL DE SECAGEM - CORRENTE PARALELA AR AMBIENTE TROCADOR DE CALOR GABINETE ISOLADO UMIDADE RELATIVA % PISO UR % NO MATERIAL UR % NO AR 20 A MEDIDA QUE O MATERIAL AVANÇA NO TUNEL, O GRADIENTE DE UMIDADE RELATIVA ENTRE O MESMO E O AR, DIMINUI Inicial 21
22 TUNEL DE SECAGEM - CONTRA CORRENTE GABINETE ISOLADO TROCADOR DE CALOR AR AMBIENTE 100 PISO UMIDADE RELATIVA % UR % NO MATERIAL UR % NO AR 0 A DIREÇÃO DOS FLUXOS DO MATERIAL E DO AR QUENTE PERMITE QUE HAJA UM GRADIENTE DE PRESSÃO MAIS OU MENOS CONSTANTE ENTRE AMBOS Inicial 22
23 TUNEL DE SECAGEM - CORRENTE CONJUGADA AR AMBIENTE AR AMBIENTE GABINETE ISOLADO TROCADOR DE CALOR 100 PISO 80 UMIDADE RELATIVA % UR % NO AR UR % NO MATERIAL 0 23
24 D- SECADORES DE LEITO FLUIDIZADO Para produtos particulados. E- CILINDRO SECADOR F- SECADORES POR ASPERSÃO ( SPRAY DRYER) 24
25 SECADORES DE LEITO FLUIDIZADO CALHA TREPIDANTE DE FUNDO PERFURADO CARGA CORTE LONGITUDINAL VENTILADOR CENTRÍFUGO Inicial 25
26 CILINDRO SECADOR CARGA PALETA LONGITUDINAL TROCADOR DE CALOR AR AMBIENTE RODETES DE APOIO E MOTORES BASE DE ALVENARIA OU, ARMAÇÃO METÁLICA TRANSPORTADOR Inicial 26
27 SECADOR POR ASPERSÃO ( SPRAY DRIER ) AR COMPRIMIDO MATERIAL TROCADOR DE CALOR AR FRIO EXAUSTÃO CICLONE COLETA DE FINOS 27
28 Liofilização É um processo de remoção de umidade que combina congelamento, sublimação de gelo e, secagem a vácuo Apresenta varias vantagens sobre outros processos mais tradicionais: conservabilidade muito boa; mantem melhor as estruturas e formas dos alimentos processados; preserva melhor a cor, o aroma, o sabor e, os nutriente o produto processado apresenta reidratação muito satisfatória Como desvantagem apresenta o custo elevado, só se aplicando a produtos de alto valor comercial 28
29 Ponto tríplice É o ponto no diagrama de vapor onde coexistem água gelo e vapor de água. Esse ponto localiza - se tecnicamente à 0 o c. C Pressão Sol. LIQ. VAP. T Temperatura 29
30 LIOFILIZAÇÃO - ESQUEMA DE EQUIPAMENTO BANDEJA BOMBA DE VÁCUO BOMBA LIGADA DESLIGAR A BOMBA E, DESCARREGAR GELO CONDENSADOR SERPENTINAS AQUECIMENTO DE CONGELAMENTO PARA FORNECER AQUECIMENTO E CALOR / OU AQUECIMENTO PARA SECAGEM PARA FORNECER CALOR DE FUSÃO E VAPORIZAÇÃO, INCLUSIVE SOB VÁCUO PODENDO DA ÁGUA QUE SER SUBLIMA RADIADOR INFRA VERMEHO 30
31 LIOFILIZAÇÃO - TRANSCURSO DA TEMPERATURA ELIMINAÇÃO DA ÁGUA LÍQUIDA E SÓLIDA RESFRIAMENTO E CONGELAMENTO SECAGEM PRIMÁRIA ( SUBLIMAÇÃO ) SECAGEM FINAL ( SOB VÁCUO ) ÁGUA GELO ESTADO DA ÁGUA NO MATERIAL ( APROXINADO, EM UM FILÉ DE PESCADO )
32 Média dos valores de temperaturas e pressões no processo de liofilização Material câmara condensador bomba de congelado de vácuo -10 a -20 o c -10 a 15 o c ~ -50 o c 1,0 a 3,0 mmhg 0,1 a 1,o mmhg 0,01 a 0,1 mmhg 32