Métodos Inovadores Na Conservação De Alimentos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE ALIMENTOS Profa. Dra. VALÉRIA TERRA CREXI Métodos Inovadores na Conservação de Alimentos Lucemar Schreiner Folmer Dieissieli Moraes Gilberto Moura Bagé, Setembro de 2013. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE ALIMENTOS Projeto elaborado e apresentado no Seminário de Introdução à Engenharia de Alimentos, do curso de Bacharelado em Engenharia de Alimentos pela Universidade Federal do Pampa, campus Bagé, aos acadêmicos ingressantes do primeiro período de 2013, com o intuito de desenvolver as técnicas de elaboração de projetos de seus realizadores, bem como o de compartilhar seus conhecimentos adquiridos com sua pesquisa para com seus colegas como para com o público geral que venha a ter acesso a este documento.. FOLMER, Lucemar S.; [email protected] / MORAES, Dieissieli; [email protected] / MOURA, Gilberto; [email protected] Métodos Inovadores na Conservação de Alimentos - Introdução à Engenharia de Alimentos Universidade Federal do Pampa, Bagé - 2013. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 OBJETIVO Tem-se por meio deste documento, construído através de pesquisas na rede, livros, artigos e reportagens, o objetivo de trazer ao conhecimento público as inovações tecnológicas no ramo da conservação dos alimentos consumidos pela população. De maneira clara e mais específica possível , trazer ao leitor o fácil entendimento e compreensão dos fundamentos básicos de cada um desses métodos que presentemente são julgados como inovadores na conservação dos alimentos a nível de conhecimento, através da junção de materiais por meio de pesquisas aos trabalhos de diversos autores, uma vez que seus próprios autores o fizeram também em busca de conhecimento, sendo assim, este documento não contém relatos de experimentos pelos mesmos desenvolvidos. Relatar cada tema de maneira a apresentar do que este se trata, quais são seus prós e contras, que benefícios podem trazer futuramente a população, já que se trata de métodos ainda novos que ainda não se tem em grande escala no mercado alimentício mundial. Divulgar o trabalho de muitos profissionais que atuam na área de alimentos, a fim de tornar cada vez mais pública a importância de se ter investimentos e reconhecimentos que se fazem merecidos pelos empenhos aplicados neste que com certeza é um ramo científicoindustrial de supra importância à toda a população do globo. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 RESUMO Quando falamos em conservar os alimentos precisamos pensar em três características, são elas: físicas, químicas e biológicas. O ponto de partida, então, para um processo de conservação ideal, é o recebimento de matérias-primas de boa qualidade. A quebra, as rachaduras e as fissuras abrem a "porta" de entrada para contaminações. As alterações químicas nos alimentos são geralmente causadas pela presença de microorganismos deterioradores. As alterações microbiológicas são relativas à parte de microbiologia de alimentos. Neste caso o problema está na presença dos micro organismos no alimento, ou de toxinas produzidas por eles. Existem vários métodos para se conservar os alimentos. O que difere um do outro é a forma pela qual o alimento é tratado. viemos aqui apresentar alguns métodos que são considerados inovadores na conservação dos alimentos. A nanotecnologia vem ganhando destaque, proporcionando a fabricação de membranas utilizadas na conservação de frutas e legumes, embalagens inteligentes e a encapsulação de nutrientes. O tratamento por pulso elétrico, que vem se tornando um agregador, e, em alguns produtos já é visto até como um possível substituto ao tratamentos térmicos atualmente utilizados. A alta pressão, que se destaca por ser o método no qual o produto mantém-se com as características mais próximas às de seu estado natural. A irradiação que é capaz de fazer alguns legumes durarem por meses, porém condenada por alterar características sensoriais dos mesmos. Ainda temos o ultra som, utilizado basicamente na esterilização de superfícies e luz de alta intensidade Como grupo, consideramos satisfatórios os resultados obtidos, uma vez que a sua realização nos aderiu mais conhecimentos à área, e também nos permitirá repassar esses conhecimentos aos nossos colegas de curso como também a um possível público externo que possa vir a ter algum acesso ao material. Palavras Chave: Micro organismo, Tecnologia, Tratamentos. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 SUMÁRIO Introdução 1 Conservação dos Alimentos 3 Nanotecnologia em Alimentos 5 Tratamento por Pulso Elétrico 9 Tratamento por Alta Pressão Método Hidrostático Método de Homogeneização O Efeito do Tratamento sob Alta Pressão 16 16 18 18 Conservação por Ultra - Som 20 Irradiação de Alimentos 24 Luz de Alta Intensidade Pulsada 28 Conclusão 29 Referências Bibliográficas 30 MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 1 INTRODUÇÃO Desde os tempos mais primórdios, nossos ancestrais pré-históricos já buscavam meios para se conservar seus alimentos, que eram frutas da estação , caça e pesca. Com o passar das eras, o aumento de conhecimento por parte da raça humana permitiu aos poucos que se descobrisse alguns meios de se prolongar o tempo de vida útil desses alimentos, podendo estocá-los por um período maior, pois em épocas de frio, seca ou escassez de alimentos, as pessoas já teriam um estoque de comida, e mesmo antes da era industrial, quando nem se quer havia descoberto a energia elétrica, as pessoas já encaravam o desafio de buscar por meios mais eficientes de se poder conservar seus alimentos. Eram usadas técnicas como a de defumar, salgar ou secar ao sol alguns alimentos. Todas essas técnicas eram utilizadas para se conservar os alimentos a fim de se ter um tempo de armazenamento prolongado dos mesmos, só que até hoje é comum encontrarmos essas técnicas de salga e defumação de alimentos, mas já não tanto para sua conservação quanto pelo sabor que essas técnicas proporcionam aos alimentos. Mas com o tempo, o desenvolvimento da tecnologia permitiu que novos métodos fossem elaborados como por exemplo o uso do frio, do calor, técnicas de secagem para se retirar a água de produtos, como também o uso de embalagens que isolam o produto do contato com o meio externo e muitos outros. E todos esses métodos têm sua eficácia, hoje é comum encontrarmos nos supermercados produtos cujo prazo de validade sejam até maiores de um ano. Mas como tudo no mundo, essa área também se mantém em constante evolução, com isso os estudos em novos métodos de conservação de alimentos vêm se aprimorando cada vez mais, e se antes o foco eram métodos que proporcionassem um maior tempo de prateleira aos produtos, hoje a grande tendência é por métodos que alterem o mínimo possível as características naturais dos alimentos. E isso vem se conseguindo, através dos estudos e pesquisas em tecnologias de ponta, hoje temos métodos que são considerados inovadores na conservação de alimentos, ainda não em larga escala comercial, mas em constante desenvolvimento que se reflete de maneira com que a área a cada dia venha ganhando mais extensão. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 2 Aqui viemos então, tratar destes chamados Métodos Inovadores de Conservação dos Alimentos, e neste segmento temos o uso da Nanotecnologia, usada na fabricação de embalagens com poder asséptico, bem como em membranas protetoras utilizadas para a conservação de frutas, Irradiação iônica, utilizada para produtos consumidos em natura, como frutas e leguminosas a Luz de alta intensidade, o Ultra som, utilizado basicamente na esterilização de superfícies, a Alta pressão, utilizada principalmente para a pasteurização de líquidos como sucos e leite e Pulso Elétrico, que é também considerado um possível substituto aos sistemas térmicos como a pasteurização para alguns alimentos. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 3 CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS Como grande ícone do processamento tecnológico, conservação é a arte que consiste em manter o alimento o mais estável possível, mesmo em condições nas quais isso não seria viável. Quando falamos em conservar os alimentos precisamos pensar em três características, são elas: físicas, químicas e biológicas. Assim, dizemos que conservar é manter as características do alimento estáveis, por isso, é importante ressaltar que o alimento a ser conservado precisa chegar à etapa de conservação com boa qualidade, uma vez que o processo de conservação não reverte o quadro de deterioração já iniciado, podendo apenas retardá-lo. O ponto de partida, então, para um processo de conservação ideal, é o recebimento de matérias-primas de boa qualidade. Por exemplo, para produtos de origem vegetal, a qualidade física depende principalmente dos estágios finais do processo produtivo (a colheita e o transporte), além de suas condições de armazenamento antes e depois da ação das etapas conservativas. A colheita pode ser feita de forma manual ou mecânica, mas independente do tipo, podem ocorrer danos físicos aos produtos alimentícios, tais como rachaduras, amassamento, quebra ou formação de fissuras. Neste momento, além da integridade física ser modificada, ocorrem também alterações químicas e microbiológicas prejudiciais aos alimentos. A quebra, as rachaduras e as fissuras abrem a "porta" de entrada para contaminações. A partir daí, a conservação só pode agir na parte microbiológica, retardando o processo de proliferação dos microorganismos com o controle de variáveis como a temperatura, o pH e a umidade. As alterações químicas nos alimentos são geralmente causadas pela presença de micro organismos deterioradores. Os carboidratos, por exemplo, são utilizados como fonte de energia, além de gerarem produtos que alteram sensorialmente os alimentos. As proteínas são hidrolisadas a aminoácidos e peptídeos e a degradação de aminoácidos resulta na formação de compostos como aminas biogênicas que causam odor pútrido (podre) aos alimentos. Já os lipídeos são quebrados por enzimas específicas produzidas por algumas bactérias provocando o aparecimento de compostos menores, como os ácidos graxos livres, dos quais alguns conferem odor desagradável aos produtos. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 4 As alterações microbiológicas são relativas à parte de microbiologia de alimentos. Define-se a microbiologia de alimentos como a ciência que estuda as toxi-infecções alimentares e as deteriorações. Neste caso o problema está na presença dos microorganismos no alimento, ou de toxinas produzidas por eles, uma vez que ambos irão causar doenças de ordem alimentar nos consumidores. O fator econômico também é muito importante quando se escolhe o método a ser empregado, pois existem processos que são muito caros para determinados tipos de alimentos, por exemplo a nanotecnologia, que hoje ainda é um método que envolve muitos custos. Logo, à indústria ainda é inconveniente repassar este custo para o preço final, uma vez que o preço do produto ficaria muito alto, e como o consumidor não tem percepção sobre o valor agregado dos processos, ele não consegue visualizar os benefícios. Existem vários métodos para se conservar os alimentos. O que difere um do outro é a forma pela qual o alimento é tratado. A adequação do tipo de conservação ao tipo de alimento é extremamente importante. Sabemos, porém, que, na maioria das vezes, o ideal é o emprego de processos combinados. Por exemplo, no leite que é tratado com o processo de pasteurização (conservação pelo calor) necessitamos de posterior refrigeração (conservação pelo frio) para conservá-lo bom para o consumo o maior tempo possível. Na sequência apresentaremos métodos dentre os quais alguns são conhecidos de longa data mas que até então nunca tiveram investimentos em pesquisas e outros desenvolvidos recentemente, e é devido a isso que são chamados de inovadores e tendem a no futuro agregar-se ao até substituir alguns desses métodos comumente utilizados hoje. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 5 NANOTECNOLOGIA EM ALIMENTOS A nanotecnologia tem atraído o interesse de inúmeros grupos de pesquisa em todo o mundo, devida as inúmeras vantagens nos diversos setores industriais. O Brasil tem realizado várias pesquisas e desenvolvido vários produtos expandindo suas pesquisas se aliando aos Estados Unidos, Europa, China, América Latina e Japão, fazendo parte da Rede de Nanotecnologia, a qual é formada por três sub-redes: nano partículas para liberação controlada de fármacos, materiais nano estruturados para sensores e nano partículas magnéticas. A promessa dessa área espantosa que é a nanotecnologia é a capacidade para processar alimentos naturalmente perniciosos para o organismo humano como: hambúrgueres, gelados, chocolates, enfim tudo aquilo que consumido pelas pessoas no dia-a-dia e tornar estes alimentos em alimentos mais saudáveis sem afetar o seu sabor. Outros benefícios potenciais que são proporcionados pela nanotecnologia são: sensor de contaminação, melhoras no estoque de alimentos, potencialização de nutrientes, embalagens ecológicas, textura, sabor e identificação e eliminação de bactérias. Figura 1.1: Representa as nanopartículas microscopicamente Fonte: diariodasaude.com.br O prefixo “nano” vem do grego e significa “anão”. Após toda a ciência na escala “micro” (pequeno em grego) desenvolvida a partir do século XVII, inaugura-se agora a era “nano”. Sai micro partícula entra agora nano partícula que é igual a um milímetro dividido por um milhão (Figura 1.1). Em 1986, o mundo da observação nano teve início,com o advento do microscópio de força atômica: podia-se agora observar a matéria no nível do átomo, nascia a nanociência. As MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 6 vantagens desse novo mundo minúsculo são várias, entre elas a facilidade para a miniaturização. O nanometro (abreviado nm) é a bilionésima parte do metro, ou seja, 10 -9 do metro, ou seja, o número 1/1.000.000.000, ou 0, 000 000 001 m, ou ainda que o nanometro é nove ordens de grandeza menor que o metro. Para se ter uma idéia destas grandezas, ou melhor, o senso da nanoescala, vejamos alguns exemplos: um fio de cabelo humano tem cerca de 50.000 nanometros; célula de uma bactéria tem cerca de algumas centenas de nanometros 10 átomos de hidrogênio, alinhados, perfazem 1 nanometro. Vários estudos estão sendo realizados afim de desenvolver bioprodutos nanoencapsulados com aplicabilidade em vários setores. No setor da agropecuária, Figura 1.2: Representação da fruta recebendo o filme comestível. Fonte: cnpdia.embrepa.br pesquisadores da EMBRAPA, unidade São Carlos-SP, estudam o uso de películas invisíveis comestíveis para a proteção de frutas e legumes (Figuras 1.2 e 1.3). Peras, maçãs, goiaba fatiada, alho descascado, nozes e macadâneas têm tido resultados promissores com a película, as frutas demoram até 20 dias para começar a apodrecerem. A idéia principal é aumentar o tempo de prateleira de produtos perecíveis em 100% em média. Uma das grandes vantagens da utilização das películas protetoras comestíveis é evitar o desperdício. Segundo dados do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, o Brasil perde cerca de 35% de todas as Figura 1.3: Fruta parcialmente protegida com o biofilme comestível. Fonte: cnpdia.embrepa.br frutas e legumes que produz. Além disso, a utilização dessa inovação pode agregar valor a frutas e hortaliças brasileiras destinadas a exportação. Os alimentos são banhados em uma solução (Figura 1.2) e depois secos naturalmente. Ao secar, um filme invisível se forma na superfície, protegendo os alimentos. Isso só é possível devido ao tamanho nanométrico das partículas que compõem as películas. Após a imersão no líquido, elas ficam recobertas por um filme fino, que funciona como uma barreira de proteção ao reduzir a quantidade de oxigênio que entra e a de gás carbônico que sai, o que evita a perda de água. Quando a fruta é lavada em água corrente o biofilme é totalmente MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 7 eliminado. São dois tipos principais de filmes comestíveis: um a base de proteínas do milho e outro à base de quitosana (polissacarídeo de origem animal).Cada película é indicada a um tipo de alimento. Muitas pesquisas comprovam a importância da nanotecnolgia para os alimentos, como a microencapsulação de própolis, onde o mesmo foi processado até obter um pó que tornou o produto isento de álcool e com gosto e aroma atenuados, podendo ser introduzido no alimento (Figura 1.4), como pão Tip Top produzido na Austrália (Figura 1.5), onde foram incorporadas nanocápsulas de Ômega 3 a fim de elevar a função de suplemento alimentar. Figuras 1.4 e 1.5: Microencapsulação da Própolis e Pão com nanopartículas de ômega 3. Fonte: perfecta.com.br Entre as muitas possíveis aplicações da nanotecnologia na indústria da agroindústria, destacam-se as embalagens inteligentes (Figura 1.6), estas podem alertar o consumidor quando o seu conteúdo está vencido ou contaminado adaptando-se as mudanças no ambiente, ou a sua própria deterioração, corrigindo aberturas ou rasgos, além de serem antimicrobianas. E o uso de agrotóxicos nanoencapsulados, patenteado por BASF, Bayer, Crop Science, Syngenta e Monsanto (Figura 1.7), que se dissolvem na água com maior durabilidade, requerem menor quantidade de produto ativo e têm maior poder letal, ou alcançam exclusivamente o objetivo, sem maiores efeitos secundários anunciados. Figuras 1.6 e 1.7: Embalagens plásticas inteligentes e Plantação one foram aplicados Agrotóxicos com nanopartículas Fonte: comprarvender.mfrural.com.br Estudos recentes que examinam a toxidade dos nanomateriais produzidos nos cultivos de células e animais mostram que o tamanho, a área de superfície,a química de superfície, a solubilidade e possivelmente a forma, tudo isso desempenha um papel na determinação do MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 8 potencial prejudicial dos nanomateriais. Outras das dificuldades enfrentadas pelo regulamento é a dedicação marginal de fundos à pesquisa de riscos. Estima-se que do total do orçamento destinado à nanotecnologia no mundo, menos de 4% está orientado para pesquisar riscos potenciais para saúde, para o meio ambiente ou suas implicações legais, éticas, sociais e econômicas. No entanto, os estudos de que se dispõem até o momento são ainda limitados. A escassa informação sobre a caracterização, bioacumulação, possíveis efeitos tóxicos após a ingestão e impacto a longo prazo na Saúde Pública, dificulta a adequada avaliação dos riscos, necessária para estabelecer uma legislação específica para os produtos nano tecnológicos, que protejam os consumidores dos riscos de exposição aos mesmos. As Nanotecnologias se constituem na revolução tecnológica em andamento. Apesar de estas tecnologias mostrarem o potencial de propiciar alguns benefícios significativos aos consumidores é extremamente importante fazer pesquisas detalhadas e completas sobre as potenciais implicações de saúde e segurança a fim de garantir que os possíveis riscos sejam identificados. A grande promessa da nanotecnologia é permitir uma engenharia de ingredientes de forma que os nutrientes atuem de forma mais eficaz no corpo humano, enquanto que impedem a passagem de outros elementos prejudiciais e menos desejáveis. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 9 TRATAMENTO POR PULSO ELÉTRICO Embora a maior parte das técnicas de preservação de alimentos tenha como meta controlar todas as formas de deterioração que possam acontecer, a prioridade sempre será minimizar a ocorrência e crescimento de microrganismos patogênicos. O processamento térmico tem sido a técnica mais comumente usada para aumentar a validade em prateleira e manter o alimento seguro pela inativação de microrganismos. Contudo, esse tratamento causa reações indesejáveis que alteram a qualidade dos alimentos. A preferência crescente dos consumidores por adquirir produtos com suas características preservadas tem impulsionado as pesquisas de novas tecnologias não-térmicas, como alternativa para eliminar ou minimizar a degradação qualitativa dos alimentos processados, particularmente dos tecidos vegetais que apresentam perdas de pigmentos, sabor e vitaminas quando submetidos aos métodos térmicos. As vantagens dos tratamentos não-térmicos envolvem principalmente a baixa temperatura de processamento, menor gasto de energia, capacidade de retenção do sabor e nutrientes, promoção de frescor, além da inativação de microrganismos e enzimas. O tratamento por pulso elétrico representa alternativa promissora nesse segmento, uma vez que se assemelha ao processo de pasteurização sem o componente térmico. Embora tenha sido introduzido em 1960, recentes desenvolvimentos tecnológicos como o uso de câmara de tratamento contínuo tem estimulado e renovado o interesse por esse tratamento. O pulso elétrico de alta intensidade refere-se à aplicação de pulsos de alta voltagem (geralmente 20-80 kV/cm) em alimentos situados entre dois eletrodos (Figura 2.1). O tratamento, conduzido em moderadas temperaturas durante menos de um segundo, minimiza a energia perdida devido ao aquecimento dos alimentos Quanto aos atributos de qualidade, a tecnologia por pulso elétrico é considerada superior ao tratamento térmico convencional porque evita ou reduz as mudanças nas propriedades sensoriais e físicas dos alimentos. Embora isso já esteja comprovado, os efeitos químicos e nutricionais do pulso elétrico devem sempre ser levados em conta antes do seu uso em alimentos. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 10 Alguns aspectos importantes na tecnologia por pulso elétrico são: a geração de altas intensidades elétricas, o desenho da câmara que deve conceder tratamento uniforme aos alimentos Figura 2.1: Ilustração de como atua o campo elétrico Fonte: MESSANO, A. J.- Novos métodos de conservação de alimentos. Faculdade de fármácia da UFMG - 2010. com aumento mínimo na temperatura, e a disposição dos eletrodos que minimizam o efeito da eletrólise. Altas intensidades são conseguidas mediante estoque de grande quantidade de energia em capacitor que a fornece e a descarrega na forma de pulsos. A inativação microbiana por pulso elétrico depende de muitos fatores que são críticos para a eficácia do tratamento. Tais fatores podem ser classificados como parâmetros do processo (intensidade do pulso, tempo e temperatura de tratamento), atributos do produto (pH, compostos iônicos, condutividade) e características do microrganismo (tipo, concentração e estágio de crescimento). A intensidade do pulso elétrico é diretamente proporcional à inativação microbiana, ou seja, quanto maior for a intensidade do pulso (acima do potencial de transmembrana crítico) maior será o grau de inativação. O potencial transmembrana natural da célula é de aproximadamente 1 V. Se a intensidade do pulso for superior a esse limite ocorrerá, provavelmente, aumento da permeabilidade da membrana com formação de poros e eventual ruptura celular (Figura 2,2). Portanto, o Pulso Elétrico Crítico - EC (intensidade de pulso elétrico abaixo da qual a inativação não ocorre) aumenta com o potencial transmembrana da célula. Define-se o tempo de tratamento como o produto entre o número e a duração dos pulsos. O aumento em qualquer dessas variáveis eleva a inativação microbiana. Maiores amplitudes Figura 2.2: Célula antes e depois de sofrer o tratamento elétrico pulsante. Fonte: MESSANO, A. J.- Novos métodos de conservação de alimentos. Faculdade de fármácia da UFMG - 2010. requerem menores intensidades do pulso, que por sua vez resultam em maior inativação microbiana. Contudo, maior duração do pulso pode também resultar em aumento de temperatura indesejável no produto. Condições ótimas de processamento devem ser estabelecidas para se obter o mais alto nível de inativação microbiana com o mais baixo efeito do aquecimento. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 11 Resultados experimentais têm demonstrado que tanto a temperatura do tratamento quanto a temperatura do processo interferem na sobrevivência de microrganismos. Parâmetros do processo, características do microrganismo, temperaturas moderadas (cerca de 50-60ºC) demonstraram efeito sinergístico sobre a inativação microbiana. Usando-se pulso elétrico constante, a inativação aumenta com a elevação da temperatura. Como a intensidade do pulso aumenta a temperatura dos alimentos é necessário resfriamento para manter a temperatura bem abaixo das geradas pelo processo de pasteurização. Efeitos adicionais de altas temperaturas de tratamento incluem mudanças na fluidez e permeabilidade da membrana, que aumentam a susceptibilidade da célula à ruptura mecânica. Além disso, baixo potencial transmembrana decresce o Ec e aumenta a inativação A condutividade elétrica do meio, definida como a capacidade de conduzir corrente elétrica, constitui importante variável no tratamento por pulso elétrico. Condutividade elétrica é o inverso de resistência. Alimentos com alta condutividade elétrica geram menores picos elétricos na câmara de tratamento, tornando inviável o uso desse tipo de tratamento. Estudos mostraram que aumento na condutividade do fluido reduz a resistência do tratamento, assim como a amplitude do pulso diminui a taxa de inativação. O aumento na condutividade eleva a força iônica do líquido, causando decréscimo na taxa de inativação. Além disso, quanto maior for a diferença entre a condutividade do meio e do citoplasma microbiano maior será o dano à estrutura da membrana, devido ao aumento no fluxo de substâncias iônicas através dela. Logo, a taxa de inativação de microrganismos aumenta com o decréscimo da condutividade. No entanto, ocorrem variações conforme o microrganismo ou o meio usado. O pH atua como fator de estresse adicional, ao contrário da presença de cátions bivalentes que parecem exercer forte efeito sobre a redução da letalidade por pulso elétrico. Quanto mais baixa for a atividade de água, maior será a resistência microbiana aos diferentes tratamentos ou agentes de inativação. As bactérias Gram-positivas são mais resistentes ao tratamento por pulso elétrico do que as Gram-negativas. Isto pode ser atribuído à rigidez das camadas de peptideoglicano presentes na parede celular de bactérias Gram-positivas. Fungos, geralmente, são mais sensíveis do que bactérias devido ao maior tamanho, embora pareçam ser mais resistentes do que as células Gram-negativas aos pulsos de menor intensidade. Esporos, por serem menores e mais circulares, contam com certa proteção, sendo mais difícil inativá-los do que bactérias, leveduras e bolores. O número de microrganismos no alimento pode alterar a inativação por pulso elétrico. O efeito da concentração microbiana sobre a inativação pode ter relação com a formação de MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 12 colônias ou possivelmente por estarem localizados de maneira oculta, bem mascarados em regiões de baixa condutividade elétrica. Em geral, células nas fases logarítmicas são mais sensíveis ao estresse do que aquelas na fase lag ou estacionária. O crescimento microbiano na fase logarítmica, caracterizado por alta proporção de células em estado de subdivisão é o período em que a membrana celular está mais susceptível ao pulso elétrico aplicado. Vários estudos têm sido publicados sobre a capacidade do tratamento por pulso elétrico inativar microrganismos. A algumas décadas já havia se detectado a alta sensibilidade apresentada por Saccharomyces cerevisiae ao tratamento. Outras pesquisas comprovaram a eficácia do tratamento para reduzir cargas microbianas em até 9 ciclos logarítmicos, dependendo das condições e substratos usados estudaram possíveis influências da permeabilização da membrana sobre o nível de inativação de células vegetativas. O impacto do pulso mostrou-se espécie-dependente, sendo Saccharomyces cereviseae o organismo mais sensível, seguido por Escherichia coli e Listeria innocua. Observaram ainda que a severidade do tratamento na inativação das células vegetativas ocorre pela permeabilização de suas membranas, com formação de poros em sua superfície e subseqüente liberação de compostos intercelulares. Obtiveram, portanto, evidências de que a permeabilização da membrana celular está envolvida na inativação de células vegetativas de E. coli e L. innocua durante a exposição ao pulso. No caso de S. cerevisiae, a permeabilização da membrana não foi necessariamente letal e suas células não perderam a capacidade de multiplicação devido ao aumento da permeabilidade. O aumento da inativação correspondeu para todas as espécies de microrganismos aos maiores números de células permeabilizadas, que se refletiu nas maiores quantidades de compostos intercelulares liberados. Os resultados sugerem que a permeabilização de células de E. coli e L. innocua, severamente danificadas pelo tratamento, foi letal. A aplicação de pulsos elétricos em combinação com tratamentos térmicos moderados também tem sido testada. evidenciaram redução significativa das populações bacterianas de Listeria innocua, sob circunstâncias em que nem o pulso elétrico em baixas temperaturas nem os tratamentos térmicos separadamente foram capazes de causar significante inativação bacteriana. Dessa forma, confirma-se a premissa de que a temperatura de tratamento constitui parâmetro muito importante quando se trata de inativação microbiana por pulso elétrico. Estudos afirmaram que temperaturas de até 55ºC são as mais indicadas para inativação de L. innocua em razão da fase de transição da temperatura dos fosfolipídeos na membrana celular. Sugeriram que a fase de transição de temperatura das membranas bacterianas poderia ser usada como parâmetro capaz de definir novos tratamentos por pulso elétrico em combinação MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 13 com tratamentos térmicos moderados. Esse estudo oferece subsídios promissores para o uso de pulsos elétricos na preservação de alimentos. Micro organismos são inativados quando expostos a fatores que alteram substancialmente sua estrutura celular ou funções fisiológicas. Várias são as teorias para explicar como ocorre a inativação microbiana. Uma delas justifica a inativação em termos de grande aumento na permeabilidade da membrana como resultado da formação de poros, induzida por potencial crítico entre 0.7 e 2.2 V (mais alto do que o potencial normal da célula ~1 V). A ruptura reversível ou irreversível da membrana depende de fatores já citados (intensidade dos pulsos, número de pulsos e duração dos pulsos). As membranas plasmáticas das células, após exposição ao campo elétrico, tornam-se permeáveis a pequenas moléculas levando a distorções no transporte de íons, dilatação e ruptura celular dependendo do grau de desordem na membrana. Outra teoria, explica a inativação pelo acúmulo de cargas opostas criado pelo campo elétrico em lados opostos da parede celular microbiana, causando compressão e formação de membrana fina e instável. Há ainda a teoria da transição de poros hidrofóbicos para hidrofílicos, em que poros reversíveis tendem a tornar-se irreversíveis. Pela teoria da mudança conformacional, o campo elétrico induz transições de fases e conformações de lipídios e proteínas que poderiam conduzir à formação de poros transitórios. Outros pesquisadores sugerem ainda a existência de diferentes mecanismos para a ação biocida da eletricidade. A descarga elétrica em meio líquido pode gerar pequenas quantidades de agentes microbicidas, como clorina, radicais livres e peróxido de hidrogênio (H2O2) que alteram o DNA. Figura 2.3: Protótipo de equipamento utilizado no tratamento elétrico pulsantes de alimentos. Fonte: RAMOS, A. M. - Aplicação de campos elétricos pulsados de alta Intensidade na conservação de alimentos. 2006. Deve-se salientar que a exposição repetitiva de contaminantes bacterianos aos processos de preservação gera desafio constante para a indústria de alimentos. Células adaptadas ao estresse e aquelas capazes de sobreviver aos processos com diversos fatores de preservação (teoria dos obstáculos) podem gerar mutantes ainda mais resistentes. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 14 Embora a inativação de microrganismos por pulso elétrico de alta energia venha sendo extensivamente estudada, pouco se sabe sobre os efeitos do pulso elétrico de alta energia sobre proteínas e outros constituintes dos alimentos. Realizou-se estudos com ovos e emulsões comerciais de óleo/água para determinar os efeitos sobre a proteína ovo albumina, as emulsões de alimentos óleo/água e ainda sobre a atividade da enzima lactato desidrogenase (LDH). Não verificaram alterações na hidrofobicidade e, portanto, na capacidade geleificante da proteína. A estabilidade das emulsões não sofreu grandes alterações em razão da leve mudança no diâmetro dos glóbulos de gordura. Entretanto, sugeriram cautela ao tratar emulsões com cargas elétricas quando estabilizadas por proteínas que são particularmente dependentes da distribuição de suas cargas. A LDH não foi inativada por pulso elétrico, indicando que as interações eletrostáticas não foram dissociadas. Proteínas também foram o alvo de mais estudos como de investigar a possibilidade de modificação protéica e o grau de sua extensão quando submetidas a longos pulsos de alta intensidade. Utilizaram como substratos as proteínas do ovo branco e a β-lactoglobulina. Sob as condições testadas, que envolveram extensos pulsos de alta energia, as proteínas do ovo branco mostraram-se mais resistentes ao tratamento do que a β-lactoglobulina. Esse comportamento está de acordo com os resultados obtidos em alta voltagem, porém com pulsos curtos e rápidos, indicando que a aplicação do pulso elétrico não afetou muito as propriedades de gelatinação das proteínas do ovo branco. O modelo que explica os efeitos do pulso sobre as proteínas envolve a polarização da molécula protéica; a dissociação das ligações não-covalentes que unem as subunidades numa estrutura quaternária; as mudanças na conformação protéica expondo os grupos sulfidrila e os aminoácidos hidrofóbicos; e a tendência de atração de estruturas polarizadas por forças eletrostáticas. Se a duração do pulso for grande o suficiente, as interações hidrofóbicas e as ligações covalentes podem ocorrer formando agregados. Espera-se que as vitaminas sejam preservadas, já que o pulso elétrico não constitui tratamento térmico. Em um estudo realizado com leite, suas propriedades físicoquímicas e sensoriais não foram influenciadas por esse tratamento. Avaliaram o efeito do pulso elétrico sobre as vitaminas hidro (riboflavina, tiamina e ácido ascórbico) e lipossolúveis (colecalciferol e tocoferol) do leite. Não relataram mudanças no conteúdo vitamínico, com exceção do ácido ascórbico que apresentou maior retenção (93,4%) no tratamento por pulso elétrico do que a pasteurização a 63ºC/30’ (49,7%) e a 75ºC/15s (86,7%). Testes tratando o suco de laranja por pulso elétrico verificaram retenção de todas suas propriedades físicas e cerca de 97,5% de vitamina C. No entanto, restou a preocupação acerca MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 15 do impacto que o processamento por pulso elétrico exerce sobre os efeitos benéficos do suco de laranja à saúde. Sabe-se que esse tratamento em vegetais resulta em efetiva permeabilização de membranas celulares e, em alguns casos, ruptura de sua integridade estrutural. Tal preocupação influenciou a realização de outro estudo para observar se as mudanças estruturais nas paredes celulares seriam capazes de afetar a absorção intestinal de compostos bio-ativos contidos em produtos tratados por pulso elétrico. Outros estudos buscaram analisar a biodisponibilidade da vitamina C e os níveis de isoprostana – 8epiPEF2α, após o consumo de suco de laranja fresco ou tratado por pulsos. A ingestão diária de 500 mL do suco tratado foi associada com significativo aumento da concentração de vitamina C e decréscimo nos níveis de 8epiPEF2α no plasma. A vitamina C mostrou-se significativa e inversamente correlacionada com a isoprostana investigada. Esses efeitos foram similares aos obtidos com o suco fresco. Pode-se então supor que a tecnologia por pulso elétrico preserva as características do suco de laranja no que se refere à biodisponibilidade da vitamina C, que permanece em sua forma ativa (Lascórbico), e às propriedades antioxidantes do suco fresco. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 16 TRATAMENTO POR ALTA PRESSÃO Uma das tecnologias mais inovadoras para processar produtos termo sensíveis é o tratamento à alta pressão que utiliza pressões de 100 a 1000 MPa para provocar a destruição microbiológica e para retardar significativamente as taxas de reações enzimáticas. O tratamento a altas pressões causa a inativação de microrganismos e enzimas, enquanto deixa intactas moléculas pequenas, como a maioria das vitaminas e os compostos voláteis, que conferem sabor aos alimentos. Com isto, a tecnologia de alta pressão tem a vantagem de causar a degradação mínima do sabor e de nutrientes quando comparada à pasteurização térmica tradicional. Por serem produtos cujas características de sabor e frescor são degradadas quando submetidos a tratamento térmico, os sucos de frutas tornam-se produtos cuja conservação através do tratamento à alta pressão possa ser de grande vantagem. O produto tratado através de Alta Pressão tende a apresentar características nutritivas, funcionais e sensoriais mais próximas às do produto natural, quando comparado ao produto tratado termicamente. Na pasteurização por alta pressão, o produto é submetido a uma pressão muito alta durante poucos segundos. Este processo leva à destruição de bactérias, leveduras e fungos, e a uma parcial desnaturação de enzimas. Atualmente, dois métodos de processamento de alimentos à alta pressão têm sido investigados: o método hidrostático (UAP – Ultra Alta Pressão) e o método de homogeneização (HAP – Homogeneização à Alta Pressão). Método Hidrostático O processamento UAP consiste em submeter o produto à alta pressão dentro de um vaso pressurizado, utilizando um meio que transfere a pressão ao produto (para alimentos tem se utilizado água potável como meio).(Figura 3.1) Este método baseia-se em dois princípios gerais: MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 17 – princípio de Le Chatelier: segundo o qual qualquer fenômeno (transição de fase, mudança de conformação molecular ou reação química) acompanhado por uma redução de volume é favorecido pelo aumento de pressão (e vice-versa). No caso de uma reação, a pressão alterará o equilíbrio na direção do sistema de menor volume; – princípio isostático: que indica que a pressão é transmitida de uma forma uniforme e quase instantânea através de uma amostra biológica. O processo de pressurização é, portanto, independente do volume e da forma da amostra, ao contrário do processo térmico. No processo à alta pressão é utilizado um líquido de Figura 3.1: Esquematização do método hidrostático. Fonte: MESSANO, A. J.- Novos métodos de conservação de alimentos. Faculdade de fármácia da UFMG - 2010. baixa compressibilidade como a água. A alta pressão causa a ruptura da membrana celular de microrganismos e altera a estrutura de enzimas, ocasionando sua destruição e desnaturação, respectivamente. Em geral, o processamento de alimentos sob pressões entre 200 e 600 MPa (método hidrostático) inativa leveduras, fungos e a maioria das células vegetativas de bactérias incluindo a maioria dos patógenos infecciosos presentes nos alimentos; esporos de bactérias e fungos não são inativados por pressões de até 1000 MPa. No processamento isostático, o produto é embalado em garrafa ou bolsa plástica e colocado no interior do vaso de pressão para ser processado. O processamento de produtos líquidos pode ser realizado através de uma sistema semi-contínuo (fora da embalagem) utilizando três vasos de pressão e um sistema de válvulas automáticas, de modo que na primeira câmara a pressão do produto é aumentada até a pressão de processo, quando é liberado; na segunda câmara o produto fica sob a pressão e tempo especificados para o processo; e na terceira câmara o produto é descomprimido e encaminhado para envase asséptico. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 18 Método de Homogeneização O processamento HAP é um processo em base contínua que utiliza fundamentalmente um homogeneizador de alta pressão com o intuito de romper células, princípio largamente utilizado nas aplicações de biotecnologia. O produto é bombeado por dois intensificadores de pressão, sendo forçado a fluir através de uma válvula de homogeneização. Isto produz uma velocidade muito elevada através do orifício, e a expansão resultante é a responsável pela ruptura de células de microrganismos (Figura 3,2), causando Figura 3.2: Esquematização do método de homogeinização. mínimas alterações nas células do Fonte: Wenzhou Longgwan Wan Yuan Food Machinery Factory Disponível em: portuguese.alibaba.com O termo “alta pressão” descreve a tensão alimento. dada ao produto antes da etapa de homogeneização. O produto, então, passa através de um orifício concêntrico onde a velocidade torna-se extremamente alta (até mesmo acima da velocidade do som) e a pressão extremamente baixa, causando a evaporação do fluido, e começando o fenômeno de cavitação. A pressão de trabalho é atingida entre o intensificador de pressão e a válvula primária de homogeneização (após a qual ocorre a maior despressurização). A pressão é aplicada ao produto por um período de tempo da ordem de alguns milissegundos. O Efeito do Tratamento sob Alta Pressão O efeito do processamento à alta pressão sobre microrganismos é influenciado por alguns fatores, a exemplo do que ocorre com relação à temperatura: Quanto à forma vegetativa/esporolada: as bactérias na forma vegetativa apresentam maior sensibilidade à pressão que na forma esporolada, pois nesta forma a resistência de muitas espécies à pressão é MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 19 alta, resistindo a tratamentos a 1000 MPa pelo processo UAP. Dessa forma, a aplicação mais comum da tecnologia de alta pressão na preservação de alimentos é naqueles de baixo pH, onde a sobrevivência dos esporos não causa maiores problemas pela inabilidade dos mesmos em se desenvolver nestas condições. Fase de crescimento: bactérias no início da fase log são normalmente mais sensíveis à pressão do que as células nas fases estacionária, lag ou de morte. Coloração de gram: Em geral, as bactérias gram-positivas são mais resistentes à pressão. Tal fato é explicado devido à sua parede celular ser mais fina (possuem membrana externa) se comparada com a estrutura de uma gram-negativa. A rigidez da parede celular confere uma fragilidade à estrutura em função da pouca flexibilidade em virtude da aplicação de pressão. Atividade de água: Quase sempre, baixa atividade de água proporciona um efeito protetor nas células contra a pressão, mas microrganismos injuriados pela pressão são geralmente mais sensíveis em baixas atividades de água. Carboidratos possuem, em geral, um efeito ativo maior que sais. A pressão causa algumas desnaturações protéicas na membrana, modificando a permeabilidade e a seletividade da membrana plasmática, podendo resultar na morte da célula. Enzimas são classes especiais de proteínas na qual a atividade biológica surge a partir de um sítio ativo, mantido pela conformação tri-dimensional da molécula. Pequenas mudanças no sitio ativo podem levar a uma perda da atividade da enzima. Como a desnaturação protéica é associada com mudanças conformacionais, estas podem mudar a funcionalidade da enzima (por exemplo aumento ou perda da atividade biológica, mudanças na especificidade do substrato) Proteínas são estruturas delicadas, mantidas por interações entre a cadeia protéica (determinada pela seqüência de aminoácidos) e pelas interações com o solvente ao redor. Mudanças nos fatores externos, como pressão e temperatura, podem perturbar o complexo balanço das interações intramoleculares e entre solvente-proteína, e podem, conseqüentemente, levar ao desdobramento e/ou desnaturação da cadeia de peptídeos. Em geral, pressões acima de 300 MPa à temperatura ambiente causam desnaturação protéica irreversível, enquanto pressões menores resultam em mudanças reversíveis na estrutura da proteína. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 20 CONSERVAÇÃO POR ULTRA - SOM Nas últimas décadas, a indústria de alimentos tem se adaptado às crescentes exigências do consumidor, que se tem mostrado mais preocupado com a segurança alimentar e mais exigente em relação aos níveis de qualidade dos alimentos. Muitos métodos de conservação de alimentos têm sido modificados com o objetivo de melhorar a qualidade dos produtos obtidos e, consequentemente aumentar a sua aceitação no mercado consumidor. O efeito que as ondas de ultra-sons têm sobre as propriedades físicas, bioquímicas e microbiológicas dos alimentos têm causado um grande interesse nos últimos anos. Isto devese ao fato destas ondas produzirem uma variedade de efeitos, tendo em conta a combinação das características das ondas com as dos alimentos. Estas ondas de ultra-sons também podem ser utilizadas em sistemas naturais, como por exemplo, detecção de submarinos e navios, identificação de populações de peixes, medicina, entre outros. No que diz respeito aos alimentos, as ondas de ultra-sons melhoram os processos enquanto minimizam qualquer efeito sobre as características do produto, ou então envolvem o produto diretamente no processo ficando sujeito a alterações físicas. A história dos ultra-sons é extremamente complexa, visto que possui um elevado número de aplicações. Os primeiros estudos dos efeitos que estas ondas provocam começaram em 1900. Em 1920 houve grande investigação de ondas de ultra-sons para aplicação na indústria alimentar. À volta dos anos 2000-2001, vários investigadores afirmaram que as ondas de ultra-sons podem ser usadas na destruição de microrganismos, emulsificação de óleos e água, atomização de líquidos, agitação no interior de plantas, animais e células amebas, aceleração de reações químicas e desgaseificação de líquidos. As ondas sonoras são ondas longitudinais e transversais. Nas ondas transversais (cisalhamento), o movimento das partículas é perpendicular à direção de propagação da onda, e apenas ocorrem nos sólidos, tendo uma velocidade de propagação relativamente baixa em relação às ondas longitudinais. Nas ondas longitudinais, a direção do movimento das partículas é o mesmo que o movimento da onda, sendo estas ondas capazes de se propagar em sólidos, líquidos e gases, e portanto são muito utilizadas em aplicações de ultra-sons. Estas ondas têm um comprimento de onda curto e velocidade elevada, podendo ser utilizadas no congelamento de suco de laranja, carne, etc. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 21 Nos meios líquidos, o efeito de ultra-som mais conhecido é a cavitação. Quando uma onda sonora intensa passa através de um líquido, que cria regiões de compressão (pressão positiva) e de rarefação (pressão negativa). Se a pressão negativa durante a rarefação é alta o suficiente, uma cavidade ou bolha pode formar-se no líquido. Assim sendo podem se formar dois tipos principais de cavidades: transiente e estável. Cada um deles demonstra um tipo diferente de comportamento de uma bolha de gás que é submetida a um campo ultra-sônica. A cavitação transitória ocorre quando uma cavidade experimentando vibração aumenta de tamanho progressivamente ao longo do um número de ciclos de compressão e rarefação, até colapsar violentamente, causando alta pressão e mudança de temperatura. Ocorrer ou não cavitação, depende de uma variedade de fatores, incluindo a frequência de vibração (se for crescente aumenta a potência necessária para produzir cavitação), a intensidade da vibração (relacionada com a amplitude), a viscosidade do solvente, tensão superficial e pressão de vapor, a atenuação da vibração (maior atenuação com maior frequência), a presença de bolhas de gás como núcleos de cavitação, e a pressão e temperatura ambiente. Figura 4.1: Exemplificação do funcionamento e atuação das ondas ultra sonoras. Fonte: ARANHA, Ricardo. FERREIRA, Ana. GOMES, Ana Sofia. CANTANTE, Telma. SOUZA, Helena. - Ultra- Sons, no processamento e Preservação dos Alimentos. Escola Superior Agrária de Coimbra - Licenciatura em Engenharia Alimentar. As bolhas crescem durante a rarefação e sofrem colapso durante o ciclo de compressão. Durante o colapso da cavidade, as temperaturas são localizadas (até 10.000 K) e pressões (até 100 MPa), e as taxas de resfriamento (1010 K / s). Bolhas que crescem pouco ou moderadamente durante cada ciclo acústico são chamadas de cavidades estáveis e existem muitos ciclos para a compressão e rarefação. Eles são produzidos em intensidades de ultrasom relativamente baixo (1-3 W / cm2 ) Apesar de as condições dentro das cavidades estáveis não serem tão extremas como as das cavidades transitórias, a pressões e temperaturas relativamente altas (cerca de 1650 K) ainda ocorrem, o que contribui para influenciar as reações químicas. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 22 O movimento rápido de líquido provocado pela alteração do tamanho da bolha é limitado cerca de um diâmetro de bolha. Microstreamers são bolhas que se formam no local de nucleação, e depois movem-se através do campo acústico a um ventre de pressão (se o diâmetro da bolha é Figura 4.2: Salsichas após pasteurização ultra sônica. o processo de menor do que o tamanho de ressonância) ou nó de pressão (se for maior do que o tamanho Fonte: RAMPELOTTO, Cristine. Pasteurização de Salsichas com Ultra-Som - Centro de Ciências Rurais, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Alimentos - Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria, RS. 2012. de ressonância). O tamanho da ressonância é determinado pelas propriedades do líquido e pela frequência da onda acústica, e é do tamanho em que a frequência é aplicada que produz grandes alterações no diâmetro da bolha. Devido a diferenças na velocidade de movimento da bolha, dependendo se eles estão na parte de compressão ou rarefação da onda acústica, as microstreamers são capaz de se mover mais rápido que a velocidade média de líquidos. Quando se dá o colapso da bolha de cavitação transiente, há uma rápida abundância de líquidos de todos os lados causando ondas de choque no líquido circundante. Se uma bolha de cavitação transiente se destrói quando está perto de uma superfície sólida, forma-se um Microjet e neste caso, o líquido não é capaz de fluir de todos os lados. O jacto de líquido tem uma velocidade relativamente Figura 4.3: Mecanismos de inativação de micro organismos por Ultra Som Fonte: RAMPELOTTO, Cristine. Pasteurização de Salsichas com Ultra-Som - Centro de Ciências Rurais, Programa de PósGraduação em Ciência e Tecnologia dos Alimentos Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria, RS. 2012. elevada(cerca de 100 m / s), embora seja um efeito de escala relativamente curto (cerca de um diâmetro de bolha). Dependendo das circunstâncias, micro jatos podem ter efeitos favoráveis (por exemplo, limpeza de superfícies e aumento na área. Dentro da cavidade em colapso há pressões extremas, temperaturas e taxas de resfriamento, juntamente com gás ou vapor a partir do meio líquido. Estas condições são MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 23 capazes de criar radicais hidroxilo a partir da água, que podem reagir com outras substâncias químicas no interior da cavidade, ou difuso no meio líquido, onde podem reagir com outros compostos. Outras reações são possíveis se houver compostos voláteis presentes no meio líquido. Os compostos voláteis podem difundir para dentro da cavidade durante a expansão e pode sofrer reações químicas durante o colapso da cavidade, por sua vez o colapso da cavidade pode afetar as reações químicas no meio líquido. O alto cisalhamento criado pelo colapso da cavidade pode também provocar rupturas nas cadeias poliméricas, aumentar as taxas de reação devido a um aumento na energia cinética das moléculas, ou alterar a interação dentro do solvente. As ondas de ultra-som podem alterar os processos químicos nas superfícies, com efeitos diferentes, dependendo se são grandes, pequenas ou superfícies líquidas. Não pode haver danos mecânicos no material sólido, com ondas de choque e micro jatos causando danos à superfície, fragmentação de materiais frágeis, desagregação de grupos de partículas e colisões de alta velocidade entre as pequenas partículas aceleradas pelo ultra-som, causando, em alguns casos a erosão, e em outros, a fusão. Estas alterações podem alterar a reatividade química, por exemplo, através de uma maior área de superfície, a remoção de contaminação da superfície sólida como a oxidação de metais. Quanto aos líquidos imiscíveis, a cavitação na sua interface pode criar emulsões aumentando a área de contacto entre os dois materiais. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 24 IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS A radioatividade vem sendo usada na agricultura de diversas formas, sendo que uma delas é na conservação de alimentos. A irradiação de frutas, legumes, cereais, frutos do mar, entre outros, diminui a quantidade de fungos e bactérias, aumentando, assim, seu tempo de conservação. Isso porque a multiplicação desses microrganismos é um Figura 5.1: Logotipo denominado radura dos principais causadores do apodrecimento dos é usado para identificar alimento irradiado Fonte:www.cena.usp.br/irradiaçãoalimentos.htm alimentos. Normalmente o alimento é irradiado por raios gama e beta de elementos radioativos, principalmente o cobalto 60; além também de sofrer radiação ionizante proveniente de raios X e elétrons acelerados. O alimento costuma ficar exposto a essa fonte de radiação, mas sem ter contato direto com tal elemento. Além disso, essa radiação é controlada, ou seja, acontece por um tempo prefixado e com objetivos bem determinados. Por exemplo, se o alimento for Qudro 5.1: Níveis de Tratamento de Irradiação Fonte: GAVA, Altanir Jaime. Tecnologia de Alimentos : Princípios e Aplicações /Altanir H Jaime Gava, Carlos Alberto Bento da Silva, Jenifer Ribeiro Gava Frias. - São Paulo : Nobel, 2008. 505p. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 25 submetido a uma radiação de 200 000 a 500 000 rad, ocorre a pasteurização do alimento, ou seja, ele vai ter mais tempo de conservação, mas desde que seja guardado em embalagens especiais ou em baixas temperaturas. No entanto, se essa radiação for maior, entre 2 e 4 milhões de rad, ocorre o que é chamado de esterilização, sendo que o alimento poderá ser conservado por mais tempo mesmo em temperatura ambiente.Para citar apenas dois exemplos, uma batata irradiada pode durar até um ano sem apodrecer ou brotar e um peixe também pode ser conservado por mais de nove meses; tudo isso em temperatura meses; tudo isso em temperatura ambiente. Figura 5.2: Alimentos irradiados e não irradiados. Fonte: www.cena.usp.br/irradiaçãoalimentos.htm Outro fator que aumenta o seu tempo de conservação é que a radiação pode alterar a estrutura molecular das frutas e legumes e inibir sua maturação por alterar processos fisiológicos das plantas. Esse tratamento vem sendo eficaz e é adotado em inúmeros países, inclusive no Brasil, porque apesar de existirem outros meios de conservação, como a pasteurização térmica e a conservação refrigerada,alguns alimentos (tais como carnes, peixes, mariscos, aves, etc.) não podem ser submetidos a esses tratamentos. Desse modo, a irradiação desses alimentos se torna uma boa alternativa.Outro benefício é o fato de esses alimentos permanecerem conservados mesmo em lugares agressivos em termos de temperatura, salinidade, umidade e outros fatores pelos quais Figura 5.3: Carne irradiada Fonte: CAMARGO, Adriano C. Laboratório de Irradiação de Alimentos e Radioentomologia disponível em cena.usp.br/irradiaçõa/cons_alim.html passam principalmente os tripulantes de navios que ficam vários dias no mar, além do fato de que se eles vierem a naufragar esses alimentos terão mais tempo de vida, MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 26 podendo alimentá-los e salvar suas vidas. O mesmo se aplica ao caso dos soldados do Exército, Marinha ou Aeronáutica.Um ponto negativo visto até o momento é que o sabor e aroma do alimento sofrem algumas alterações. O leite e seus derivados, além de alimentos muito gordurosos, não podem ser irradiados, pois sofrem reações de oxidação e ficam rançosos.Outro uso da radiação na agricultura é na determinação da absorção de fertilizantes pelas plantas. Por exemplo, o P-32 é usado como radiotraçador, detectando quais partes da planta utilizou o nutriente. Há também o uso da radioatividade no controle de insetos e na verificação da autenticidade. Por exemplo, a determinação da razão isotópica estável do carbono 13 é usada para verificar se o mel é mesmo puro ou se foi adulterado com xarope de milho ou cana de açúcar. O tratamento de alimentos pelo uso da irradiação para redução de contagem microbiana e preservação, já é um método conhecido e aprovado pela legislação brasileira (ANVISA Resolução - RDC nº 21, de 26 de janeiro de 2001- DO de 29/1/2001), considerada uma das mais avançadas do mundo. Podemos reunir em três grupos os principais processos de irradiação de alimentos: Radurização: Aplicações com doses baixas ( < 1kGy)Objetiva inibir brotamentos (batata, cebola, alho,etc), retardar o período de maturação (frutas) e de deterioração fúngica de frutas e hortaliças (morango, tomate, etc) e controle de infestação por insetos e ácaros (cereais, farinhas, frutas, etc). Proporcionando estocagem de longo prazo, sem uso de inibidores químicos de brotamento, prevenindo perdas, sem o uso de fumigantes químicos, e a disseminação de pestes de insetos .Radicidação ou radiopasteurização: Aplicações com dose média (1kGy - 10kGy)Ideal para pasteurizar sucos, retardar a deterioração de carnes frescas, controlar Salmonella em produtos avícolas, etc. Aumentar a qualidade da conservação e prevenir a intoxicação alimentar, responsável por grande numero ocorrências médicas.Radapertização ou esterilização comercial: Aplicações com dose alta (10kGy - 45kGy)Utilizada na esterilização de carnes, dietas e outros produtos processados, destruindo populações de microrganismos, que promovem a decomposição de alimentos e eliminando patógenos, inclusive aqueles formadores de esporos, tais como Clostridiumbotulinum, que levam ao óbito. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 27 Figura 5.4: cebolas irradiadas há seis meses (direita)e cebolas não irradiadas a (esquerda). Fonte: CAMARGO, Adriano C. Laboratório de Irradiação de Alimentos e Radioentomologia disponível em cena.usp.br/irradiaçõa/cons_alim.html A irradiação de alimentos é o tratamento dos mesmos com radiação ionizante. O processo consiste em submetê-los, já embalados ou a granel, a uma quantidade minuciosamente controlada dessa radiação, por um tempo prefixado e com objetivos bem determinados. A irradiação pode impedir a multiplicação de microrganismos que causam a deterioração do alimento, tais como bactérias e fungos, pela alteração de sua estrutura molecular,como também inibir a maturação de algumas frutas e legumes, através de alterações no processo fisiológico dos tecidos da planta. Figura 5.4: Frutas cuja maturação foi inibida pela irradiação. Fonte: CAMARGO, Adriano C. Laboratório de Irradiação de Alimentos e Radioentomologia disponível em cena.usp.br/irradiaçõa/cons_alim.html A irradiação de alimento pode aumentar o tempo de vida comercial e a qualidade higiênica de muitos alimentos a custos competitivos, ao mesmo tempo em que fornece uma alternativa segura ao uso de fumigantes e substâncias químicas, os quais geralmente deixam resíduos tóxicos. Além disso, a irradiação apresenta várias vantagens que as técnicas tradicionais não oferecem. Deve-se salientar que o processo de irradiação, além de estender a vida útil, proporcionam controle sanitário e fitossanitário dos alimentos, entretanto, tal informação não chega ao conhecimento da população, contribuindo de forma decisiva para que este método, tão eficaz e seguro de conservação de alimentos, deixe de ser muito subutilizado. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 28 LUZ DE ALTA INTENSIDADE PULSADA Tecnologia inovadora da qual utiliza impulsos de luz branca, que possui um espectro semelhante à luz solar desenvolvida pelos Estados Unidos com o propósito de desinfecção superficial ou esterilização de alimentos e materiais de embalagem. Suas vantagens estão baseadas em: custo médio; processo muito rápido; pouca ou nenhuma mudança no alimento; baixa entrada de energia; adequado para alimentos secos. Por outro lado, suas limitações estão baseadas em: efeitos apenas em superfícies, logo, dificuLdade em superfícies complexas; não provou ser eficaz contra esporos; possíveis efeitos químicos adversos; possível resistência em algum microorganismo; confiabilidade do equipamento a ser estabelecida; vantagens sobre a radiação ultravioleta de alta intensidade a ser estabelecida. Os efeitos antimicrobianos se dão ao fato da absorção da energia por ligações duplas altamente conjugadas de carbono, em proteínas e ácidos nucléicos, o que interrompe o metalismo celular. A luz pulsada contém um espectro semelhante à luz solar, exceto por ela também conter alguns comprimentos de onda ultravioleta, que são filtrados fora da luz solar pela atmosfera terrestre. A luz é produzida em pulsos curtos, em alta intensidade, com cerca de 20.000 vezes a intensidade da luz solar, e duram algumas centenas de micro-segundos. A energia fornecida pela luz na superfície do alimento ou do material da embalagem é medida como “fluência” e é frequentemente citada em unidades de J (joules) cm². A luz inativa os microorganismos através da combinação de efeitos fototérmicos e fotoquímicos, isto é, uma grande quantidade de energia é transferida rapidamente para a superfície do alimento, aumento a temperatura de uma fina camada superficial, suficiente para destruir as células vegetativas. Quando aplicados tais pulsos em alimentos, a vida útil de alimentos como pães, bolos, pizzas, embalados em filmes transparentes, foram estendidas para 11 dias em temperatura ambiente após tratamento por luz pulsada. Estudos preliminares indicaram que o tratamento com luz pulsada não teve efeito sobre as características sensoriais e qualidade nutricional dos alimentos tratados. Os níveis mais baixos de destruição microbial dos alimentos, em relação aos de água ou nas superfícies lisas de placas de agar ou materiais de embalagem, é atribuída à presença de fissuras superficiais e dobras em alimentos, as quais protegem alguns microorganismos da luz. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 29 CONCLUSÃO Ao longo do desenvolvimento deste trabalho tratamos a respeito de métodos de se conservar alimentos que pudéssemos destacá-los como inovadores nesse segmento, métodos que ainda não se encontram ao alcance da grande massa populacional, por alguns inclusive ainda estarem em fase de desenvolvimento de pesquisas e experimentos a fim de serem ainda aperfeiçoados. Com todo material juntado durante nossa pesquisa, podemos perceber que o ramo tecnológico aplicado à conservação dos alimentos é bastante abrangente e ainda mostra com grande potencial de expansão. Como grupo, consideramos satisfatórios os resultados obtidos, uma vez que a sua realização nos aderiu mais conhecimentos à área, e também nos permitirá repassar esses conhecimentos aos nossos colegas de curso como também a um possível público externo que possa vir a ter algum acesso ao material. Abrangemos e agora compartilhamos conhecimentos relacionados a utilização da Nanotecnologia pela industria alimentícia, por exemplo, que pode ser ressaltada, por ser considerada a tecnologia do futuro, e sua aplicação já é considerada uma grande tendência nas mais diversas áreas. Sem tirar claro o mérito dos estudos realizados com a utilização dos outros métodos, como o de Alta Pressão que possui a característica de manter o produto quase que em seu estado natural, proporcionando alterações principalmente físico-sensoriais quase que insignificantes. O pulso elétrico, que se mostra como um agregador, e talvez até possível substituto aos métodos térmicos atualmente utilizados. A irradiação por raios, que apesar de ser condenada por alterar características sensoriais, (sabor, textura) se mostra bastante eficiente e capaz de prolongar o tempo de prateleira de produtos frescos em diversas vezes. A utilização do ultra som como agregador na pasteurização de produtos, bem como esterilizante de equipamento, também se considera importante, principalmente no segundo caso onde seu uso dispensa os métodos tradicionais de esterilização por calor ou produtos químicos. Com tudo isso, podemos afirmar que a realização de tal foi muito importante pois nos permitiu desenvolver nossas técnicas de realização de trabalhos científicos, realização de pesquisas e busca de materiais bibliográficos, o que, se feito de maneira correta, nos proporciona expandir nossos conhecimentos em qualquer que seja a área. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 30 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGENDA SUSTENTÁVEL. Nanotecnologia na alimentação. HSM Online. 08 de Julho de 2009. Disponível em:http://www.parceirosvoluntarios.org.br/ ALVES, Líria. Uso de Radiação em Alimentos. www.brasilescola.com/quimica/uso-radiacao-alimentos.htm Disponível em ARANHA, Ricardo. FERREIRA, Ana. GOMES, Ana Sofia. CANTANTE, Telma. SOUZA, Helena. - Ultra- Sons, no processamento e Preservação dos Alimentos. Escola Superior Agrária de Coimbra - Licenciatura em Engenharia Alimentar. CAMARGO, Adriano C. Laboratório de Irradiação de Alimentos e Radioentomologia disponível em cena.usp.br/irradiaçõa/cons_alim.html COULTATE, T.P. Alimentos: a Química de seus Componentes / trad. Jeverson Frazzon 3ª edição. - Porto Alegre : ARTMED, 2004. 368p. DIÁRIO DA SAÚDE. Própolis com nanotecnologia melhora conservação de alimentos. 15/12/2012. Disponível em: http://www.diariodasaude.com.br . DURAN, N.; MORAIS, P. C. DE; MATTOSO, L. H. C. Nanotecnologia: introdução, preparação e caracterização de nanomateriais e exemplos de aplicação. São Paulo; Artliber, 2006. 208p. FOLADORI, G.; INVERNIZZI, N. Os trabalhadores da alimentação e da agricultura questionam as nanotecnologias. IIEP – São Paulo – Brasil. Junho de 2007. Disponível em: http://www.fundacentro.gov.br. GAVA, Altanir Jaime. Tecnologia de Alimentos : Princípios e Aplicações /Altanir H Jaime Gava, Carlos Alberto Bento da Silva, Jenifer Ribeiro Gava Frias. - São Paulo : Nobel, 2008. 505p. ITA 02014, Tecnologia de alimentos especiais - EAD. UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 2012 - disponível em www.ufrgs.br/alimentus/ita02014qindex.html JUAREZ, Vicente. SALDANHA, Tatiana. Emprego da técnica de radiação ionizante em alimentos industrializados. disponível em: http://portaldeperiodicos.ifma.edu.br/ MESSANO, A. J.- Novos métodos de conservação de alimentos. Faculdade de fármácia da UFMG - 2010. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.9, n.1, p.45-52, 2007 MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013 31 OSWALDO, L. A. Nanotecnologia, nanociência e nanomateriais: quando a distância entre presente e futuro não é apenas questão de tempo. PARCERIAS E STRATÉGICA. No 18. Agos. 2004. PROPHETARUM, C. A nova ameaça dos ONM. 17/05/2008. Disponível em http://movv.org RAMOS, A. M. - aplicação de campos elétricos pulsados de alta Intensidade na conservação de alimentos. 2006 RAMPELOTTO, Cristine. Pasteurização de Salsichas com Ultra-Som - Centro de Ciências Rurais, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Alimentos - Universidade Federal de Santa Maria - Santa Maria, RS. 2012. SILVA JUNIOR, E.O. Manual de controle higiênico-sanitário em alimentos. 5.ed. São Paulo. Livraria Varela, 2002. 479 p. TORREZAN, R. - B.CEPPA, Curitiba, v. 21, n. 2, p. 249-266, jul./dez. 2003Novos hábitos de consumo levam a importantes desenvolvimentos tecnológicos - www.abief.com.br VENTURA, Diana; RUFINO, Joana; NUNES, Cláudia; MENDES, Nuno.Utilização da Irradiação no tratamento de Alimentos, Processamento Geral de Alimentos - Módulo II. Escola Superior Agrária de Coimbra - 2010. MÉTODOS INOVADORES NA CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS - ENGENHARIA DE ALIMENTOS - UNIPAMPA - BAGÉ, 2013