utilizaÇÃo da alta pressÃo na indÚstria de alimentos prof a. dra. diana fachin

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO NA INDÚSTRIA

DE ALIMENTOS

Profa. Dra. Diana Fachin

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

EXIGÊNCIAS DO CONSUMIDOR

- alimento de alta qualidade (sabor, textura e aparência)

- produto mais natural

- saudável

- alta conveniência (preparação, estocagem e vida de prateleira)

- seguro

- processamento menos agressivo

- poucos aditivos

- combinação de sistemas de preservação

- menos uso de sal, açúcar, gorduras saturadas

REAÇÕES DA INDÚSTRIA

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS

Objetivo Evitar perda de qualidade

microbiológica

enzimática

reações químicas

reações físicas

PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS

Processamento Térmico

Indesejáveis mudanças no alimento (cor, sabor, aroma)

Tecnologia Tradicional

Alimento seguro

PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS

-Alta pressão

-Combinado ultrasônico, calor e pressão

-Pulso elétrico

Novas Tecnologias

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

ALTA PRESSÃO

HISTÓRICO

Hite – 1899 verificou que o leite não azedou

Bridgeman – 1914 coagulação da albumina

Suzuki – 1960 cinética de desnaturação de ovoalbumina

Hayashi – 1989 preservação de alimentos por AP

Aspectos ausentes nos estudos anteriores:

ALTA PRESSÃO HISTÓRICO - CONCLUSÃO

Estudos cinéticos aplicação da AP

Combinação P x T

Estudo da inativação de esporos

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO

Afeta ligações não covalentes (hidrogênio, iônica e hidrofóbicas)

Alta pressão

Mantém intacta ligações covalentes

Retenção de atributos (sabor, aroma e cor)

PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO

PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO

PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO

Pressão isostática

Transmitida de maneira uniforme e instantânea

PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO

PROCESSAMENTO POR ALTA PRESSÃO

EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO

Câmara de pressão

Alimento embalado

Sistema descontínuo

EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO

Sistema contínuo

EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO

Pmax= 1000 MPa

T=-25°C to 100°C

Pmax=600 MPa T=-30°C - 100°C

EQUIPAMENTOS DE ALTA PRESSÃO

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

EFEITO DA ALTA PRESSÃO NA COR DOS ALIMENTOS

Produtos a base de frutas e vegetais

Geléia de frutas: superior ao tratamento convencional

Morango: alta retenção da cor vermelha

Vegetais verdes: mantém cor sob alta pressão (800MPa) e T<50°C

Cogumelo e cebola: descoloração sob P

EFEITO DA ALTA PRESSÃO NA COR DOS ALIMENTOS

Reação de Maillard

P= 200MPa e 400MPa escurecimento

Escurecimento aumentou com aumento pH

Baixo pH diminui a taxa de escurecimento P=600MPa

EFEITO DA ALTA PRESSÃO NO SABOR DOS ALIMENTOS

Produtos a base de frutas e vegetais

Sucos de laranja, grapefruit e maçã

Não apresentam diferença entre processado sob P e o natural

cebola Aroma menos intenso, semelhante a cebola cozida/frita

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

INATIVAÇÃO DE MICROORGANISMOS POR ALTA

PRESSÃO

Células vegetativas

Gram negativo: 300 MPa Gram positivo: 600 MPa

INATIVAÇÃO DE MICROORGANISMOS POR

ALTA PRESSÃO

Suco de fruta inoculado com E-coli a 1,5 x107ufc/mL, tratado com P=500 MPa

INATIVAÇÃO DE MICROORGANISMOS POR ALTA

PRESSÃO

Esporos resistentes à Pressão

Baixas pressões germinação de esporo

linhagem

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO

Mecanismo de inativação enzimática pela Pressão

Efeito P nas reações químicas e bioquímicas V

Princípio de Le Chatelier

P favorece reações acompanhadas por diminuição de volume

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO

1. Pressurização a Temperatura ambiente

Inativação

Reversível/irreversível

Parcial/completa

Efeito da alta pressão nas enzimas

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO

Mudanças na estrutura da proteína

- tipo de enzima

- meio

- pressão e temperatura

- tempo de processamento

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO

2. Reações enzimáticas

3. Substrato macromolecular (proteína, amido)

Mais sensível à ação enzimática

aumentadas/inibidas

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PPO)

Polifenoloxidase (PPO)

Escurecimento enzimático (frutas e vegetais)

Afetar cor do alimento

Diminui qualidade nutricional

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PPO)

Origem Meio Pressão Referência

abacate pH 7,0 800 MPa/25°C/>60 min

Weemaes et al., 1998

maçã pH 5,4 500 MPa/25°C/1min Anese et al., 1995

maçã pH 6,0 600 MPa/25°C/5-60min

Weemaes et al.,1998

pera pH 7,0 900MPa/25°C/ 200min Weemaes et al., 1998

tomate pH 4,1 200-500MPa/25°C/15min

Hernandez e Cano,1998

uva pH 3,2 >600 MPa/15°C/10min Castellari et al., 1997

uva pH 6,0 700 MPa/25°C/5-30min

Weemaes et al, 1998

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (LOX)

Lipoxigenase (LOX)

catalisa a oxidação de ácido graxos poli-insaturados em correspondentes hidroperóxidos.

causa mudança na cor, sabor, textura e qualidade nutricional

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (LOX)

Origem Meio Pressão Referência

ervilha suco 400MPa/10min Indrawati et.al, 2000

soja Borato, pH 9 >400MPa/5min Heinisch et al, 1995

soja Tris, pH 9 525MPa/15min Ludikhuyze et.al, 1998

vagem suco 500MPa/5min Indrawati et.al, 2000

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PME)

Pectinametilesterase (PME)

catalisa a demetilação da pectina

induz clarificação de sucos (laranja, tomate) melhora a textura do tomate

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO (PME)

Origem Meio Pressão Referência

banana Tris, pH 7,0 600-700MPa/10C Ly Nguyen et al, 2002

cenoura Tris, pH 7,0 600-700MPa/10C Ly Nguyen et al, 2002

laranja água 600-900MPa/20-30C Van den Broeck et al, 1999

tomate purê 400-800MPa/30-75 C Crelier et al, 1995

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO

Poligalacturonase (PG)

degrada pectina

diminuição da viscosidade

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO

Reação da PG sobre pectina

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA

ktAA

lno

Dt

AA

logo

tkexpAtkexpAA SSLL

ktexpAAAA o

Primeira ordem

Modelo bifásico

Conversão Fracionada

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA

T

1

T

1

R

Eklnkln

ref

aref

z

TTDlogDlog ref

ref

ref

aref PP

RT

Vklnkln

p

refref z

PPDlogDlog

oo

p

oo

oo2

oo

T1T

TlnT

RT

C

TTRT

SPP

RT

VToTPoP

RTPP

RT2klnkln

Dependência da temperatura (P constante)

Dependência da pressão (T constante)

Combinação de pressão e temperatura

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA

Banana - PME

Fonte: Ly Nguyen et al, 2002

600MPa-700MPa/10°C

Laranja - PME

Fonte: Van den Broeck et al, 1999

450MPa-600MPa/25°C

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA

Purificada PME Tomate PME – suco tomate

-1,6

-1,2

-0,8

-0,4

0

0 20 40 60

Tempo (min)

log(

A/A

o)

0,1MPa 600MPa

T=66°C

-2

-1,6

-1,2

-0,8

-0,4

0

0 20 40 60 80

Tempo (min)lo

g (A

/Ao)

0.1 MPa 500 MPa

T=62°C

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CONCLUSÃO

1. Influência da P, T, origem e meio na inativação enzimática

2. Resistência da enzima à Pressão não está relacionada à resistência térmica da enzima

3. Conhecimento da cinética de inativação enzimática sob pressão é indispensável para aplicações da alta pressão

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões Gerais

ESTUDO DE CASO

PME/PG EM PRODUTOS À BASE DE TOMATE

pectin

PME

+Ca2+

Perda da turbidez

PG

Diminuição da viscosidade

EFEITO DA PME/PG EM SUCO E PURÊ

pectin

PME

+ Ca++

Melhora textura

PG

Perda de Textura

EFEITO DA PME/PG EM TOMATE ENLATADO

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO - CINÉTICA

(PME do tomate)

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 10 20 30 40 50Tempo (min)

log(

A/A

o) 550MPa

600MPa

650MPa

Extrato

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 10 20 30 40 50Tempo (min)

log(

A/A

o)

600MPa

650MPa

Purificada-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 20 40 60 80Tempo (min)

log(

A/A

o)

550MPa 600MPa 700MPa

Suco

T= 50°C

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

0 50 100 150 200

Tempo (min)

A

350MPa

375MPa

400MPa

425MPa

450MPa

500MPa

ExtratoT=25°C

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 20 40 60 80

Tempo (min)

ln(A

/Ao) 350MPa

400MPa

450MPa

PG1

T=20°C

-4

-3,2

-2,4

-1,6

-0,8

0

0 20 40 60 80 100 120

Tempo (min)

ln(A

/Ao)

350MPa

400MPa

450MPa

500MPa

PG2

T=20°C-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 50 100 150 200

Tempo (min)

ln(A

/Ao)

350MPa

400MPa

450MPa

500MPa

Suco

T=20°C

INATIVAÇÃO ENZIMÁTICA POR ALTA PRESSÃO – CINÉTICA

(PG do tomate)

Pressão Temperatura (°C) (MPa) 5 10 15 20 25 30 40 50 55 200 0.73 250 0.82 350 0.61 2.63 4.57 400 1.14 1.88 2.66 4.68 5.90 450 3.19 9.32 11.34 22.93 500 1.96 3.91 9.01 19.65 44.27 550 4.73 11.79 16.69

Constante de velocidade (k) (x10-2) (min-1)

INATIVAÇÃO DE PG POR PROCESSO

ISOTÉRMICO/ISOBÁRICO

INATIVAÇÃO PG

0o

0o

00o TTRT

SPP

RT

VTTPP

RTklnkln

Po= 400 MPa To= 298 K

INATIVAÇÃO DE PG

SIMULAÇÃO

0

100

200

300

400

500

600

5 25 45 65 85

Temperatura (°C)

Pre

ss

ão

(M

Pa

)

50% 90% 99%

PME/PG EM PRODUTOS DE TOMATE - CONCLUSÃO

Suco/purê de tomate: inativação de PG por alta pressão e inativação de PME por temperatura moderada.

Manter turbidez e melhorar a viscosidade

PRODUTO ALTA QUALIDADE

PME/PG EM PRODUTOS DE TOMATE - CONCLUSÃO

Tomates em lata

Inativação de PG por alta pressão

Mantendo a atividade de PME

Textura mais firme

PRODUTO ALTA QUALIDADE

UTILIZAÇÃO DA ALTA PRESSÃO

NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

1. Introdução

2. Preservação de Alimentos

3. Alta Pressão – Histórico

4. Processamento por alta pressão

5. Efeito da alta pressão na cor e no sabor dos alimentos

6. Inativação de microorganismos por alta pressão

7. Inativação enzimática por alta pressão

8. Estudo de caso

9. Conclusões gerais

CONCLUSÕES GERAIS

Regulamento de novos alimentos

Impacto do processamento sob P na qualidade e segurança do alimento

1. In situ2. Método físico-matemático – perfil T-P-t3. Uso de indicadores de processamento

Modelos Cinéticos

CONCLUSÕES GERAIS

Alta Pressão: técnica promissora na preservação de alimentos

AP Gerar produtos com diferentes funcionalidades

Pode inativar microorganismos e enzimas, mantendo sabor natural e valores nutritivos do alimento

CONCLUSÕES GERAIS

- estudos dos efeitos químicos que envolvem o processamento por alta pressão

- ação da pressão sobre aspectos nutricionais dos alimentos

- indicadores a serem usados para medir o impacto do processamento por alta pressão

AGRADEÇO A SUA ATENÇÃO!!