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Licenciatura em Engenharia alimentar
Ano lectivo de 2009/2010
Processamento Geral de Alimentos
Módulo II
Altas Pressões na
Industria Alimentar
Elaborado por:
 Ana Brites, nº20703001
 Fábio Rosa, nº20703018
Professor: João Noronha
 Joana Rendeiro, nº20803001
Data: 07/01/2010
 Marta Gomes, nº20803019
 Telma Vieira, nº20803010
LEAL 2ºAno
Altas pressões na indústria alimentar
Índice
Introdução ......................................................................................................................... 3
Tratamento de alta pressão na conservação dos alimentos............................................... 4
Método Hidrostático ................................................................................................. 4
Equipamentos – Constituição/Funcionamento ......................................................... 5
Operação de Processamento ..................................................................................... 8
Princípios do processo por alta pressão .................................................................... 9
Aplicaçoes comerciais ............................................................................................ 11
Efeitos de altas pressões em materiais biológicos .......................................................... 11
Efeito sobre os Microrganismos ............................................................................. 12
Efeito em reacções (bio)químicas........................................................................... 15
Reacções enzimáticas ............................................................................................. 16
Propriedades funcionais:......................................................................................... 20
Factores sensoriais .................................................................................................. 20
Processo de gelificação ........................................................................................... 21
Processo de gelatinização ....................................................................................... 22
Tratamentos Combinados ............................................................................................... 22
Potenciais Aplicações ..................................................................................................... 23
Conclusão ....................................................................................................................... 24
Bibliografia ..................................................................................................................... 25
Processamento Geral de Alimentos
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Altas pressões na indústria alimentar
Introdução
O consumidor tem procurado, cada vez mais, alimentos minimamente processados,
livres de aditivos e estáveis no armazenamento. Para satisfazer as exigências do
mercado, na segurança e na qualidade dos alimentos será importante a existência de
melhorias nos métodos de conservação tradicionais ou o uso de "tecnologias
emergentes”.
Uma nova tecnologia que recebeu grande importância foi a alta pressão hidrostática.
Como o processo de alta pressão é mais brando (em comparação às temperaturas
utilizadas nos processos tradicionais) permite obter um produto final com melhores
características sensoriais e nutricionais, mostrando qualidade na redução da
contaminação microbiana, deixa intactas as 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.
Processamento Geral de Alimentos
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Altas pressões na indústria alimentar
Tratamento de alta pressão
na conservação dos
alimentos
Método Hidrostático
Neste método, alimentos líquidos ou sólidos são submetidos a pressões acima de 100
MPa (1 MPa = 145,038 psi = 10 bar). Em sistemas comerciais, as pressões utilizadas
enquadram-se na faixa de 400 a 700 MPa. Na pressurização1, realizada num espaço
confinado, emprega-se um fluído (que no caso da hidrostática é a água) que actua como
meio de transferência da pressão. A pressão é aplicada de igual modo em todas as
direcções, o que permite aos sólidos a retenção de seu formato original.
A base do método de alta pressão hidrostática segue o princípio de Le Chatelier,
segundo a qual, qualquer reacção química, mudança de conformação molecular, ou
transição de fase, é acompanhada por uma diminuição do volume, que será favorecido
em altas pressões. As reacções que envolvem um aumento do volume são inibidas.
Outro princípio é o 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.
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Pressurização — é a forma de igualar pressões, no meio líquido ou gasoso.
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Altas pressões na indústria alimentar
Figura 1- O princípio do tratamento isostático.
Em geral, o processamento de alimentos sob pressões entre 200 e 600 MPa (método
hidrostático) inactiva leveduras, fungos e a maioria das células vegetativas de bactérias,
incluindo a maioria dos patogénicos infecciosos presentes nos alimentos, esporos de
bactérias e fungos não são inactivados por pressões até 1000 MPa. Processamentos
utilizando pressões da ordem de 200 MPa podem atingir reduções de 5 ciclos
logarítmicos em microrganismos relevantes ao processamento de alimentos.
Equipamentos – Constituição/Funcionamento
Um sistema de alta pressão consiste num vaso resistente à pressão (onde é
colocado o produto) e seu fecho, à pressão do sistema de geração, num dispositivo de
controlo de temperatura e material de manipulação do sistema. Uma vez carregado e
fechado, o reservatório é preenchido com um transmissor de pressão. O ar é retirado do
reservatório, por meio de uma baixa pressão do rápido enchimento de drenagem, em
combinação com uma válvula automática, e a alta pressão hidrostática é gerada.
As pressões elevadas podem ser originadas pela compressão directa ou indirecta ou
por aquecimento através da pressão.
A compressão directa é gerada pela pressurização de um meio com a extremidade
final de um pistão (de pequeno diâmetro) que é impulsionado por uma bomba de baixa
pressão.
Processamento Geral de Alimentos
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Altas pressões na indústria alimentar
Figura 2 - Compressão Directa.
Este método tem como vantagem uma compressão muito rápida, mas as restrições de
selagem a alta pressão dinâmica entre o pistão e a superfície do vaso interno, reduz a
utilização deste método para laboratórios de pequeno diâmetro.
A compressão indirecta utiliza um intensificador de alta pressão para uma bomba de
média pressão, para dentro de um reservatório, num recipiente fechado de alta pressão,
até a pressão desejada ser alcançada.
Legenda:
Press frame - Recipiente fechado de alta
pressão
Top closure - Selagem superior
Pressure vessel - Reservatório de pressão
Pressure médium - Média pressão
Bottom closure - Selagem inferior
Intensifier - Intensificador
Pressure medium tank - Tanque de média
pressão
Figura 3 - Compressão Indirecta.
Processamento Geral de Alimentos
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Altas pressões na indústria alimentar
Os processos que utilizam alta pressão podem ser, ou não, combinados com
temperatura. São basicamente três:
• Pressão Isostática a Frio – processos onde se aplicam pressões da ordem de 50 a 600
MPa e baixas temperaturas. Esta foi a técnica inicialmente aplicada na indústria de
metais, cerâmica, carbono-grafite e plásticos. Hoje em dia promete ter maior atenção na
indústria de alimentos;
• Pressão Isostática a Temperatura Média – são usadas pressões isostáticas
combinadas com temperaturas ambiente até 200 ˚C;
• Pressão Isostática a Alta Temperatura – são aplicadas pressões da ordem de 100 a
400 MPa combinadas com temperatura da ordem dos 2200˚C ou mais altas. O meio
pressurizante empregue, é um gás como o árgon, nitrogénio, hélio ou ar. Esta tecnologia
é muito usada na indústria de metais e cerâmica.
Os primeiros equipamentos desenvolvidos para a indústria de materiais sofreram
algumas modificações para serem então utilizados na indústria de alimentos. O tempo
de processamento foi aumentado de menos de 10 minutos para uma faixa de 5 a 20
minutos com pressões superiores a 400 MPa. O meio pressurizante para processar
alimentos passou a ser água potável, com uma pequena percentagem de óleo usado
como anticorrosivo e lubrificante.
Uma vez carregado, por exemplo, com pacotes de alimentos, o vaso é cheio com o
meio de transmissão de pressão. A temperatura do meio de pressão e carregamento pode
ser controlada por aquecimento ou arrefecimento do vaso inteiro ou por
aquecimento/arrefecimento interno. Neste último caso, a fonte de aquecimento é
colocada dentro do vaso. É aplicada então a alta pressão por um período de tempo préestabelecido. Uma vez completado o tratamento com alta pressão, o vaso é aberto,
descarregado, carregado com um novo material e fechado novamente. Os sistemas
comerciais de alta pressão automatizam todas essas operações para minimizar custos e
maximizar eficiência. Estes custos de processamento podem variar consoante as
pressões e o tempo de exposição a essas pressões.
Processamento Geral de Alimentos
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Altas pressões na indústria alimentar
Figura 4 – Custo por litro em função do tempo de exposição a pressões diferentes.
Operação de Processamento
O tratamento por alta pressão é também conhecido por alta pressão hidrostática ou
alta pressão isostática. Neste processo, os alimentos líquidos ou sólidos, com ou sem
embalagem, são submetidos a pressões entre 100 e 1000 MPa (1000-10000 Atm), sendo
que a temperatura do processo durante o tratamento de pressão pode ser controlada,
podendo atingir temperaturas abaixo de 0 °C ou acima de 100 °C. O tempo de
exposição ao tratamento para produtos comerciais pode variar de pulsos de
milissegundos até mais que 20 minutos. A ideia de utilizar alta pressão no
processamento de alimentos não é nova. A primeira referência de alta pressão utilizada
como um método de preservação de alimento foi feita em 1899, na qual o leite
conservou-se por um longo período após tratamento a 689 MPa por 1 h em temperatura
ambiente, obtendo cerca de 6 reduções decimais na contagem bacteriana total.
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Princípios do processo por alta pressão
O processo de alta pressão é livre de aditivos e pode trabalhar tanto com
temperaturas elevadas como com temperaturas reduzidas. Outro facto importante é a
variação de temperatura que ocorre durante o período de compressão (aquecimento de
até ± 3°C para cada 100 MPa) e descompressão (refrigeração) do equipamento e do
produto que está a ser tratado. Este gradiente é chamado aquecimento ou refrigeração
adiabático.
A efectividade do tratamento pela alta pressão é influenciada por factores intrínsecos
e extrínsecos ao alimento, como o tempo de tratamento, taxa de compressão/
descompressão, temperatura, número de pulsos, composição do alimento e o estado
fisiológico dos microrganismos a serem inactivados, por isso, um bom conhecimento do
processo e do alimento é essencial para a produção de alimentos com alta qualidade.
Independentemente do sistema utilizado para o processamento por API, o
equipamento básico é composto por 4 componentes: recipiente de pressão, sistema
gerador de pressão, dispositivo para controlo da temperatura e sistema operacional. A
parte mais importante é o recipiente, pois é ele que suporta toda a pressão aplicada no
processo. Os recipientes são fabricados a partir de um bloco de liga de aço, com
capacidades de suportar diferentes pressões. O sistema gerador de pressão causa um
leve aumento da temperatura do alimento, sendo este um dos motivos pelo qual é
necessário o dispositivo de controlo da temperatura.
A outra função deste dispositivo é o uso de diferentes faixas de temperatura para o
processo (0-100 °C), o qual funciona pelo bombeamento de água fria ou quente ao redor
do recipiente de pressão.
Quanto aos modos de operação, a alta pressão pode ser dividida em 3 categorias:
batelada, semi-contínuo e contínuo. O processo por batelada é o mais simples: uma
quantidade de produto é pressurizada por vez. Esta pressurização pode ser directa ou
indirecta. No processo directo o próprio alimento é o meio pressurizante. Exemplos são
os alimentos líquidos, como os sucos e o leite, que são embalados após o processamento
por alta pressão em sistema asséptico.
Processamento Geral de Alimentos
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Altas pressões na indústria alimentar
A pressurização indirecta é aquela em que existe um meio pressurizante (ex. água ou
água/óleo) que é responsável por transferir a pressão gerada pelo gerador de pressão
para o alimento; este processo é aplicado para alimentos previamente embalados. Uma
vantagem deste processo é a possibilidade de utilizar o sistema para vários alimentos,
sem o risco de contaminação cruzada ou a necessidade de limpeza entre um
processamento e outro, pois os alimentos já foram previamente embalados.
Quando se deseja aumentar a produção do sistema por batelada, emprega-se o
processo semi-contínuo, no qual vários recipientes de pressão são colocados em
sequência, enquanto alguns estão em pressão constante, outros estão sendo
pressurizados, carregados ou descarregados, reduzindo o tempo entre os processos e
permitindo recuperação de energia. No equipamento do processo semi-contínuo, o
pistão que gera a pressão fica livre, podendo actuar sobre vários recipientes. O processo
por batelada e o semi-contínuo podem ser utilizados tanto para alimentos líquidos como
para sólidos.
O processo contínuo pode apenas ser utilizado para alimentos líquidos, pois o
equipamento é composto por tubos ou recipientes de retenção que promovem um tempo
de tratamento específico para o processo.
Após o processamento, o alimento é acondicionado em tanques estéreis para
posteriormente serem embalados.
De forma geral, podemos resumir as seguintes vantagens para o uso do
processamento em alta pressão,
a) Torna possível o processamento do alimento à temperatura ambiente, ou mesmo à
temperatura mais baixa;
b) possibilita a uniforme transmissão de pressão sobre o alimento, independentemente
da sua forma e tamanho, o que dispensa operações preliminares neste;
c) proporciona morte microbiana sem o uso de aditivos químicos;
d) pode ser utilizado para o desenvolvimento de produtos com propriedades funcionais.
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Altas pressões na indústria alimentar
Aplicaçoes comerciais
As aplicações comerciais correntes nas industriais de alta pressão hidrostática são
apresentadas na tabela seguinte:
Produto
Condições de processamento
Embalagem
Iogurtes, geleias, compotas…
400 MPa, 20°C ; 10- 30 min
Copo de palstico
Sumo de toranja
120–400 MPa, 20°C; 2-20min
Garrafa de vidro
Sumo de tanjerina
300–400 MPa, 20°C; 2-3 min
Garrafa de vidro
Gelados e frutas tropicais
50–200 MPa
Copos de papel
400 MPa, 45°C–70°C
-
para gelados
Bolo de arroz
Os primeiros alimentos processados em alta pressão na história humana foram
morango, kiwi, maçã e compotas, que foram produzidos com tratamento de alta pressão,
sem aplicação de calor. As compotas foram vivas e naturais de cor e sabor.
Efeitos de altas pressões
em materiais biológicos
Pressão é uma importante variável termodinâmica e pode afectar uma ampla gama
de estruturas biológicas, reacções e processos. A pressão afecta principalmente o
volume de um sistema. A influência da pressão sobre a taxa de reacção pode ser descrita
pela teoria do estado de transição: a constante de velocidade de uma reacção em fase
líquida é proporcional ao quase constante de equilíbrio para a formação dos reagentes
activos. Com base neste pressuposto, relataram que a temperatura constante, a
dependência da pressão da velocidade de reacção constante deve-se inteiramente ao
volume de activação da reacção onde P é a pressão, R constante dos gases e T a
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temperatura. A água é o ingrediente mais importante em muitos produtos alimentares,
assim, suas características sob pressão são muito importantes. Comparado aos gases, a
água é quase incompressível; compressão adiabática de água aumenta a temperatura de
cerca de 3 ° C por 100 MPa. Auto-ionização da água também é promovida pela alta
pressão. Nas águas, as características de congelamento podem ser alteradas pela
aplicação de pressão. Em aproximadamente 1000 MPa, a água congela a temperatura
ambiente, enquanto o ponto de congelamento diminui a -22 º C a 207,5 MPa. Este
evento promove oportunidades para o armazenamento dos alimentos abaixo de zero,
sem a formação de cristais de gelo, rápido descongelamento de alimentos congelados
pela pressurização e congelamento de alimentos aumentando a descompressão dos
alimentos pressurizados realizado abaixo de 0 ° C.
Num sistema aquoso, as moléculas de água em torno de um grupo ionizado alinharse de acordo com a influência da carga electrostática, dando um arranjo mais compacto.
A Ionização dos grupos ácidos ou básicos encontrados em muitas biomoléculas, como
proteínas, envolve uma diminuição do volume e, portanto, será reforçada pelo aumento
da pressão. Microrganismos, químicos, bioquímicos e reacções enzimáticas, bem como
algumas propriedades funcionais de biomoléculas são afectados, em certa medida, pela
pressão alta.
Efeito sobre os Microrganismos
O efeito da alta pressão na sobrevivência microbiana é influenciado por um grande
número de interacções, como o nível e a duração do tratamento, a temperatura do
processo, a espécie bacteriana e a fase de desenvolvimento microbiano. A resistência
dos microrganismos à pressão pode ser relacionada à resistência intrínseca das suas
macro moléculas (ácido ribonucleico; ribossomas; ácidos nucléicos, proteínas celulares,
membrana celular e, em alguns casos, a parede celular). Quanto mais complexo é o
organismo, maior é a sensibilidade mostrada frente ao tratamento por alta pressão, de
modo que as células eucariontes são mais sensíveis que as procariontes. Os bolores e as
leveduras são mais sensíveis que as formas vegetativas bacterianas, enquanto os esporos
bacterianos são as formas mais resistentes. Os bolores e as leveduras mostram-se
sensíveis a pressões de 200 a 300 MPa, as espécies bacterianas na forma vegetativa, na
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Altas pressões na indústria alimentar
maioria, são inactivadas a pressões de 400 a 600 MPa, enquanto os esporos podem
resistir a pressões de até 1000 MPa.
Os microrganismos Gram-positivos precisam de uma aplicação de 500-600 MPa por
10 minutos para inactivação total, enquanto Gram-negativos são inactivados com
tratamentos de 300-400 MPa também por 10 minutos. As bactérias na forma de cocos
são mais resistentes que os bacilos e as células bacterianas em fase exponencial de
crescimento são mais sensíveis que as células em fase estacionária.
A inactivação bacteriana causada pela alta pressão deve-se às modificações (por
desnaturação) de enzimas chaves, assim como modificações na parede e membrana
celular. Este processamento também provoca mudanças na morfologia e nos
mecanismos genéticos dos microrganismos.
A membrana citoplasmática é o principal local afectado pelo tratamento, alterando a
permeabilidade celular e, consequentemente, a troca iónica. A cristalização de
fosfolipídeos da membrana produzida pela pressão também contribui para a inactivação
microbiana.
 Células Vegetativas
A sensibilidade das formas vegetativas em relação a diferentes pressões leva ao uso
desta técnica para preservação dos alimentos.
Este tipo de técnica torna-se muito mais eficaz quando aliado a outros factores
intrínsecos do alimento, como o pH, a actividade da água (Aw), entre outros.
No entanto, se a pressão alta for para ser usada em vez de outros factores, a pressão
cinética de inactivação microbiana deve ser conhecida, bem como a resistência de
esporos das bactérias toxigênicas. O grau de inactivação microbiana alcançados a um
tratamento especial pressão depende de uma série de factores que interagem, incluindo
o tipo e o número de microrganismos, magnitude e duração das tratamento de alta
pressão, temperatura e composição dos meios de suspensão ou de alimentos.
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Altas pressões na indústria alimentar
 Esporos microbianos
Esporos de bactérias têm demonstrado resistência à pressão. A estrutura e a
espessura dos esporos de bactérias é a explicação existente para essa alta resistência.
Esporos microbianos que se encontram nos alimentos e podem ser inactivado por
tratamentos de alta pressão, mas em comparação com os requisitos células vegetativas
para as condições de tratamento devem ser extremas, pressões mais elevadas e longa
exposição vezes a temperaturas elevadas. A pressão hidrostática pode causar a
germinação dos esporos. Alguns autores sugeriram um tratamento de alta pressão para
induzir a germinação dos esporos e posterior tratamento para inactivar os
microrganismos germinadas
Para que os tratamentos feitos com pressão são eficazes é necessário que se
estabeleça parâmetros como o tempo do tratamento entre outros, normalmente é
utilizado como referência o esporo do c. botulinum mas não existem valores publicados
sobre a resistência de alta pressão deste esporo, e seus capacidade para suportar a alta
pressão em temperaturas baixas ou altas é desconhecida. Há uma necessidade de dados
sobre a resistência de alta pressão de esporos de Bacillus e Clostridium. Com esta
informação, a segurança aspectos do tratamento de alta pressão hidrostática a alimentos
com baixo teor de ácido podem ser documentados e este tratamento torna-se muito
mais seguro e controlado.
 Mecanismo de acção de alta pressão
Na inactivação de microrganismos por alta pressão, a membrana é o local mais
provável de perturbação.
O efeito letal das altas pressões sobre microrganismos vegetativo é para ser o
resultado de uma série de possíveis mudanças em curso simultaneamente na célula
microbiana, tendo em conta que o impacto estrutural da alta pressão hidrostática em
células de levedura ocorreu directamente no sistema de membrana, especialmente na
membrana nuclear. Além de danos de membrana, uma diminuição do pH, devido à
valorização iónica resultantes da pressão que separa as cargas eléctricas, pois as cargas
eléctricas "organizam" moléculas de água ao seu redor, e consequentemente ocorre a
diminuição no volume total do sistema.
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Altas pressões na indústria alimentar
A morte microbiana é atribuída à permeabilização da membrana celular após
tratamento de alta pressão. A pressão afecta várias reacções bioquímicas e este tipo de
distúrbio pode ser atribuída ao volume alterações durante a compressão, assim, qualquer
processo
biológico
seria
afectada
quando
a
pressão
alta
é
aplicada.
Os tratamentos de alta pressão hidrostática podem alterar as funcionalidades de
membrana, como o transporte activo ou permeabilidade passiva, e, portanto, perturbar o
equilíbrio físico-químico da célula. O estado físico dos lípidos que envolvem proteínas
da membrana desempenham um papel crucial na actividade das enzimas, e há
evidências consideráveis que a pressão tende a diminuir o contacto entre enzimas
associadas as superfícies das membranas como uma consequência das mudanças de
estado físico de lípidos que controlam a actividade da enzima, logo o mecanismo de
inactivação microbiana por alta pressão pode ser parcialmente atribuído à inactivação
enzimática.
Efeito em reacções (bio)químicas
A aplicação de pressão influencia as reacções bioquímicas tendo em conta que a
maioria dessas reacções envolvem uma mudança no volume.
Alta pressão pode desnaturar moléculas de proteína, essa desnaturação é um
fenómeno complexo que depende da estrutura das proteínas, da pressão, temperatura,
pH e composição do solvente.
A desnaturação da proteína torna-se irreversível além de um determinado limiar de
pressão, dependendo também das proteínas, ou das concentrações de proteínas que
aumentam a agregação, como se pode ver na figura na qual esta representado um
diagrama esquemático que ilustra o efeito da temperatura e da pressão na desnaturação
das proteínas. Este tipo de diagrama delimita as regiões onde a proteína está activo ou
desnaturado; a alta temperatura, a pressão estabiliza a proteína contra a desnaturação da
temperatura.
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Altas pressões na indústria alimentar
Figura 5 – Efeito da Temperatura e da pressão na desnaturação das proteinas
No leite fresco, micelas de caseína são grandes estruturas complexas constituídas por
muitas moléculas de diferentes caseínas e fosfato de cálcio o que mantém a estrutura na
integridade. As mudanças estruturais e distribuição espacial dos componentes micela
durante a pressurização impediria a recuperação das estruturas micela original após
tratamento de alta pressão.
Outros componentes de alimentos que podem ser afetados por tratamentos de alta
pressão são os lipídios.
A aplicação de alta pressão hidrostática tratamentos, em combinação com
temperaturas moderadas ou elevadas, podem influenciar as reações químicas inerentes
aos sistemas alimentares, como a reação de Maillard. Esta reação, que se manifesta pelo
desenvolvimento de cor castanho em muitos alimentos processados, é conhecido por ser
altamente pH e temperatura-dependentes. No entanto, poucos estudos têm lidado com
os efeitos da pressão alta na reação de Maillard.
Reacções enzimáticas
Exposição a alta pressão pode activar ou desactivar as enzimas. a inactivação das
enzimas pela pressao é influenciada pelo pH, concentração de substrato, a estrutura
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Altas pressões na indústria alimentar
subunidade da enzima e temperatura durante a pressurização. Os efeitos da pressão
sobre a actividade da enzima é pensado para ocorrer como resultado de interacção
substrato-enzima. Se o substrato é uma macromolécula, em seguida, os efeitos podem
ser na conformação da macromolécula, o que pode fazer a acção enzimática mais fácil
ou mais difícil. Esta inactivacção de enzima também pode ser atribuído a uma alteração
de estruturas ou intermolecular mudanças conformacionais no sítio activo. A
inactivacção de algumas enzimas pressurizado a 100-300 MPa é reversível.
A reativacção após a descompressão depende do grau de distorção da molécula. A
hipotese de diminuir a reactivação é com um aumento na pressão para além de 300
MPa.
Earnshaw mencionou que de particular importância é a aparente falta de efeito da
pressão sobre alguns enzimas, incluindo aquelas que afectam a qualidade dos alimentos,
tais como proteases, lipases, esterases e oxidases. Algumas enzimas, tais como a
fosfatase, são relativamente sensíveis à pressão e podem ser inactivadas por pressões na
faixa de 400-800 MPa. A fosfatase alcalina e enzimas lactoperoxidase têm sido
utilizadas com sucesso como marcadores no processo de tratamento térmico do leite.
Indicadores de controlo de qualidade como essas enzimas serão necessários para o
processamento de alta pressão de produtos lácteos.
As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reacção que catalisam. Assim,
temos:
Classificação
Tipo de reacção
Exemplos
Modo de actuação
reacções de óxido-
-desidrogenase
- remove átomos de
redução
-oxidase
hidrogênio
que catalisa
Oxirredutases
- adiciona átomos de
oxigênio
Transferases
transferências de grupos
metiltransferase
funcionais
Hidrolases
reacções de hidrólise
transfere grupos metil (CH3)
-lipases
-quebra lipídios
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Altas pressões na indústria alimentar
Liases
quebra de ligações
-proteases
-quebra proteínas
descarboxilase
remove CO2
cis-trans isomerase
converte formas cis e
duplas
Isomerases
isomerizações
trans
Ligases
formação de ligações
sintetase
combina dois grupos
A Figura 1 apresenta o efeito de 20-min de tratamentos de pressão sobre fosfatase
alcalina em leite cru, o que diminui a atividade da enzima ao nível que a pressão
aumenta. No entanto, existe uma necessidade de estabelecer relações de marcador na
qualidade microbiana para garantir, por exemplo, a destruição do Mycobacterium
tuberculosis .
Figura 5. Relação da percentagem da actividade relativa em função da pressão
A actividade da quimotripsina é optima a pH neutro e desaparece a actividade em pH
10, o que é atribuído à ruptura da ponte de sal nas proximidades do sítio activo. Estudos
indicam que a pressão inactiva a enzima devido aos efeitos desestabilizadores da
pressão sobre a ponte de sal e revelou que, abaixo de 400 MPa a mudança é reversível.
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Altas pressões na indústria alimentar
Homma mencionou que a alta pressão hidrostática é uma das novas tecnologias que
podem ser usado para amaciar carne ou acelerar carne condicionada. A pressão induz
alterações no músculo, o que pode ser derivada da força física ou aumento na actividade
de enzimas proteolíticas na carne. A actividade proteolítica das enzimas na carne é
realçada pela aplicação de altas pressões. Um aumento na actividade da catepsina B1
(são uma família de proteases de cisteína) pode explicar, em parte, para o amaciamento
de carne por pressão de tratamento térmico.
A combinação de tratamentos poderia aumentar a textura do músculo do pescado,
uma vez que favorece a inactivação de enzimas proteolíticas. Este tipo de resultado
poderia ter uso em produtos de peixe picado, que têm o problema da actividade da
protease indesejável que leva ao gel de amolecimento.
Enzimas são inactivadas geralmente em vegetais da fervura de água quente.
Desvantagens de branqueamento incluem danos térmicos, a lixiviação de nutrientes e
possível poluição ambiental devido à produção de elevada demanda bioquímica de
oxigênio de efluentes. Tratamento de alta pressão pode cumprir os requisitos de
branqueamento em água quente, evitando a lixiviação de minerais e de acumulação de
águas residuais. Tratamento de alta pressão produz menos de efluentes, pois é
necessário menos água do que em branqueamento em água quente.
Seyderhelm et al. avaliaram os efeitos da alta pressão hidrostática sobre as enzimas
selecionadas, incluindo a catalase, fosfatase, lipase, pectinesterase, lipoxigenase,
peroxidase, polifenoloxidase e lactoperoxidase e informou que a peroxidase com
actividade residual de 90% após 30 min de tratamento a 60 ° C e 600 Mpa poderia ser
utilizado como um indicador da enzima para tratamentos de alta pressão.
Pectinesterase em sucos como o suco de tangerina Satsuma é inactivada quando
pressurizado a 300-400 MPa. A inactivação é irreversível, e os pectinesterase não é
reactivado durante o armazenamento a 0 ° C ou transporte. A actividade de
pectinesterase de suco de tangerina permanece em níveis baixos durante 90 dias de
armazenamento a 0 ° C, após tratamentos de pressão 400-600 MPa. Sólidos solúveis,
como açúcares, proteínas e lipídios exercem uma acção protectora contra a inactivação
da pectinesterase por alta pressão ou calor.
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Altas pressões na indústria alimentar
Propriedades funcionais:
As propriedades funcionais das moléculas biológicas são geralmente dependentes de
mudanças configuracionais. O interacções entre as moléculas de solvente e soluto,
interacções intermoleculares do soluto são influenciados quando submetidos à pressão.
Portanto, qualquer alteração benéfica ou prejudicial pode ser produzida como resultado
de tratamento de alta pressão. Ligação de hidrogénio, que estabiliza a proteína
estruturas, é influenciada pela pressão, mas em menor grau do que as interacções
hidrofóbicas.
Mudanças de fase em proteínas e lípidos são acompanhadas pela aplicação de alta
pressão, estes modificações oferecer oportunidades para desenvolver novos produtos
com propriedades únicas. A estrutura de proteínas e polissacarídeos de alimentos pode
ser alterada por tratamentos de alta pressão hidrostática e confere diferentes
propriedades ao próprio alimento.
Aquecimento adiabático ocorre em materiais mais alimentos submetidos a alta
pressão, e esta é proporcional à compressibilidade do alimento. Algumas estruturas
vegetais são resistentes à pressão, enquanto outros podem apresentar significativa
amolecimento e alterações de cor intensa após a pasteurização. O efeito dos tratamentos
de alta-pressão será depende do tipo de legumes ou frutas, suas características físicas, e
maturidade.
Exposição a alta pressão se desenvolve moléculas de proteína, o que resulta em
alterações funcionais das propriedades da proteína. Formação de espuma, emulsionante,
gelificante, água e capacidade de ligação de proteínas podem ser afectados. Proteínas
tratadas com altas pressões podem levar ao desenvolvimento de uma gama de
funcionais ingredientes alimentares preparados a partir de proteínas do alimento por
desdobramento controlado.
.
Factores sensoriais
A principal vantagem da tecnologia de alta pressão é o seu efeito relativamente
pequeno sobre a composição dos alimentos e, portanto, sobre os atributos sensoriais e
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nutricionais. Geralmente, a pressão tem pouco efeito sobre as características nutricionais
dos alimentos, no entanto, é necessária mais investigação antes de decisões sólidas
podem ser feitas.
Doces obtida através do processamento de alta pressão manter o sabor e a cor da
fruta fresca, ao contrário das convencionais compotas produzidas pelo calor.
Tratamentos de pressão até 150 MPa, não alterou a cor sensorial e instrumental de
carne moída muscular. No entanto, os tratamentos de 10 min a pressões superiores a
350 MPa se na superfície da carne para um tom acinzentado, o que corresponde a uma
diminuição no valor de um instrumental.
Foi avaliado o efeito da alta pressão hidrostática tratamentos sobre tangerineira
Satsuma sumo e relataram que o sumo de pressão até 600 MPa, para 5 ou 10 minutos a
20 ° C-22 ° C não mudança na composição química, incluindo sólidos solúveis, acidez,
nitrogénio aminoácidos, vitamina C e essencial conteúdo de óleo. A pressão tratada com
sumos não apresentou sabor estranho, e sulfureto de di-metilo, a característica composto
encontrado no sumo de sabor, não foi detectada.
Existem poucos estudos sobre efeitos de alta pressão sobre as características
nutricionais de pressão que é utilizada para tratar os alimentos. O sabor do alimento,
textura, aparência física, estrutura e poderia resultar após a aplicação de pressão, e essas
alterações serão dependem do tipo de alimento e sua composição e estrutura.
Processo de gelificação
O processo de formação do gel é o resultado macroscópico da desnaturação, a nível
molecular, de proteínas e moléculas, tais como polissacarídeos. O estado desnaturado
forma um gel ou um precipitado, dependendo das características físicas e químicas do
ambiente.
O mecanismo de gelificação induzido por alta pressão é diferente do mecanismo de
gelificação induzido pelo calor. A gelificação pelo tratamento de uma alta pressão é
atribuída a uma diminuição do volume da solução de proteína. Enquanto que a aplicação
dos resultados de calor violento no movimento das moléculas de proteína, leva à
destruição de ligações covalentes, à desnaturação, e à formação de uma rede aleatória. O
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Altas pressões na indústria alimentar
rearranjo das moléculas de água em torno de resíduos de aminoácidos na pressão
induzida produz géis brilhantes e transparentes, em comparação com os géis opacos
obtidos por altas temperaturas. Como foi referido por Hayashi, os géis proteicos de
alimentos obtidos por pressão (por exemplo, o ovo, a proteína de soja, a carne bovina, a
carne de porco, o peixe) são mais brilhantes, transparentes, densos, suaves e macios, em
comparação com os cozidos. Estas propriedades texturais únicas obtidas por meios da
pressurização permitem criar novos produtos alimentares.
Processo de gelatinização
A gelatinização é a transição dos grânulos do amido de um estado cristalino para um
estado em que os grândulos estão mais inchados. O amido pode ser gelatinizado usando
a pressão ou O calor. O efeito da alta pressão sobre gelatinização é devido à
estabilização das ligações de hidrogênio, que mantém o grânulo do amido no estado
original. Estes tratamentos de alta pressão produzem propriedades únicas, que são
diferentes daquelas formadas pela gelatinização a calor.
Tratamentos Combinados
A crescente procura de alimentos com quantidades reduzidas de aditivos químicos e
menos danos físicos vai abrindo novas oportunidades para o obstáculo conceito de
tecnologia de conservação de alimentos. O desafio comercial dos alimentos
minimamente processados fornece uma forte motivação para o estudo de sistemas de
preservação de alimentos que combinam tradicionais factores de estresse microbiano ou
obstáculos, ao introduzir "novas" variáveis de controle microbiano, tais como pressão
alta. Pressão esta que apresenta vantagens únicas sobre tratamentos térmicos
convencionais. No entanto, muitos dados apresentados indicam que a pasteurização ou a
esterilização comercial de alimentos com baixo teor de ácido a partir da pressão alta é
muito difícil sem o uso de alguns fatores adicionais para aumentar a taxa de inativação.
Factores como o calor, antimicrobianos, ultra-som, e a radiação ionizante podem ser
usados em combinação com a alta pressão. Essas abordagens não só ajudam a acelerar a
taxa de inativação, mas também são utéis para reduzir o nível de pressão e,
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Altas pressões na indústria alimentar
consequentemente, o custo do processo ao eliminar os problemas comerciais associados
a
lesões
subletais
e
caudas
de
sobrevivência.
O uso de alta pressão em combinação com leve aquecimento tem um potencial
considerável. Estudos têm demonstrado que o efeito antimicrobiano de alta pressão
pode ser aumentada com o calor, baixo pH, dióxido de carbono, ácidos orgânicos e
bacteriocinas, como nisina.
Potenciais Aplicações
O maior potencial é a alta pressão assistida por congelamento e descongelamento.
Este processo descongela alimentos congelados muito mais rápido que métodos
convencionais de descongelamento. Por exemplo: dois quilos de carne de bovino
congelada são descongelados em 80 min, quando pressurizado a 200 MPa, enquanto
que o descongelamento a mesma quantidade de carne na pressão atmosférica leva 7h53.
Outras potenciais aplicações são: armazenamento de alimentos a temperaturas abaixo
dos 0 ºC sem congelação; a modificação das propriedades funcionais dos alimentos e a
Esterilização.
As perspectivas para aplicações de alta pressão de alimentos depende de novas
pesquisas, tanto a nível acadêmico e industrial. Trabalhos de investigação e
desenvolvimento deve incluir o teste de vida útil e testes apropriados desafio
microbiano, bem como a incorporação de boas práticas de fabricação no processamento
de alimentos de alta-hidrostática.
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Altas pressões na indústria alimentar
Conclusão
O Processamento por alta pressão provavelmente permanecerá com um custo
elevado para um futuro previsível. O custo do tratamento por pressão de alimentos que
podem ser processados satisfatoriamente por meios mais convencionais, podem ser
proibidos devido á segurança e qualidade dos produtos obtidos. É improvável que os
consumidores paguem um preço mais alto por um produto similar com um método de
produção diferente, a menos que a qualidade do produto seja substancialmente melhor.
No entanto, as possíveis mudanças na textura usando altas pressões podem conduzir ao
desenvolvimento de novos produtos alimentares. É provável que alimentos por alta
pressão tomem esta direcção no futuro.
Acordos bem estabelecidos entre indústrias e universidades podem ajudar a acelerar
a comercialização dos alimentos processados por alta pressão. A prioridade de muitos
pesquisadores trabalhando no processamento de alimentos por alta pressão é o
desenvolvimento de produtos comerciais. Processamento por alta pressão é um campo
multidisciplinar, o qual envolve profissionais como microbiologistas, químicos de
alimentos e engenheiros alimentares.
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