UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
Departamento de Ciência dos Alimentos
Bacharelado em Química de Alimentos
Disciplina de Seminários em Alimentos
Utilização de Altas Pressões no Processamento de Alimentos
Isadora Rubin de Oliveira
Pelotas, 2009.
2
Isadora Rubin de Oliveira
Utilização de Altas Pressões no Processamento de Alimentos
Trabalho acadêmico apresentado ao
Curso de Bacharelado em Química de
Alimentos da Universidade Federal de
Pelotas, como requisito da disciplina de
Seminários em Alimentos.
Orientador: Prof.a Dr.a Carla Rosane Barboza Mendonça
Pelotas, 2009.
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Agradecimentos
Agradeço a minha orientadora Carla Rosane Barboza Mendonça pela força,
carinho e dedicação.
À Prof.a Dr.a Márcia Monks Jantzen pelo fornecimento de materiais para minha
pesquisa.
À minha família pelo incentivo e carinho.
Ao meu namorado Bruno Fagundes Cavalheiro pelo carinho e compreensão.
E a todos meus colegas do Curso de Bacharelado em Química de Alimentos.
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“Queira! Basta ser sincero e desejar profundo, você será capaz de sacudir o mundo, vai tente outra vez! Tente e não diga que a vitória está perdida, se é de batalhas que se vive à vida, tente outra vez!”
(Raul Seixas)
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Resumo
OLIVEIRA, Isadora Rubin. Utilização de Altas Pressões no Processamento de Alimentos. 2009. 48f. Trabalho acadêmico – Bacharelado em Química de Alimentos.
Disciplina de Seminários em Alimentos. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.
A crescente demanda no consumo de alimentos frescos, minimamente
processados, livres de aditivos e com maior qualidade nutricional, originou a
necessidade da utlização de um tratamento capaz de garantir a segurança
microbiológica, e ao mesmo tempo conservar as características sensoriais e
nutritivas dos alimentos. A alta pressão pode ser utilizada como um processo de
conservação, ou reestruturação de produtos alimentícios, onde pressões entre 100
e 1000 MPa são utilizadas mediante temperaturas desejáveis. As vantagens da
aplicação da alta pressão em relação aos processos térmicos, é que a inativação de
microrganismos patogênicos e deteriorantes, de enzimas indesejáveis e a alteração
de textura são realizadas sob baixas temperaturas, mantendo a retenção de
compostos responsáveis pela cor, sabor e aroma, vitaminas, antioxidantes, e outras
substâncias que são degradadas em temperaturas elevadas. Atualmente a
utilização deste processo é sugerida para o processamento de alimentos sensíveis
ao calor, como sucos de frutas, pois o sabor permanece mais próximo ao natural e
a sua vida útil é maior. Mundialmente estão disponíveis alguns produtos
processados sob alta pressão, como leite, guacamole, surimi, embutidos cárneos,
pescados, frutos do mar, hortaliças e frutas. O inconveniente deste processamento
ainda é o seu alto custo. A perspectiva é de que com o grande número de
pesquisas e o desenvolvimento tecnológico, esses custos se tornem mais
acessíveis, possibilitando o surgimento no mercado de maior número de produtos
submetidos a esse tratamento, que apresenta grande potencial de utilização em
nível industrial.
6
Lista de Figuras
Figura 1: Sistema semi-contínuo de alta pressão para processamento de alimentos..
...................................................................................................................................13
Figura 2: Relação entre as variáveis típicas da APH: pressão, temperatura e tempo...
....................................................................................................................................14
Figura 3: Geração de alta pressão por compressão direta do meio de transmissão de
pressão.......................................................................................................................16
Figura 4: Geração de alta pressão por compressão indireta do meio de transmissão
de pressão..................................................................................................................16
Figura 5: Planta isostática de bolsa úmida.................................................................18
Figura 6: (A) Câmara de pressão em escala laboratorial. (B) Câmara de pressão
móvel..........................................................................................................................19
Figura 7: Câmara de pressão Quintus.......................................................................20
Figura 8: Equipamento de alta pressão hidrostática utilizado para médios volumes de
produção.....................................................................................................................21
Figura 9: Sistema descontínuo de alta pressão para processamento de alimentos..22
Figura 10: Micrografia eletrônica de varredura da estrutura celular de couve-flor não
tratada por APH..........................................................................................................32
Figura 11: Couve-flor sob APH a 400 MPa por 30 minutos a 5°C.............................33
Figura 12: A) Couve-flor congelada não tratada por APH. B) Couve-flor congelada
tratada por APH..........................................................................................................33
Figura 13: Células de espinafre cru. A) Parênquima mesófilo. B) Tecido vascular das
folhas de espinafre. C) Tecido vascular em maior ampliação mostrando detalhes de
cloroplastos, organelas e vacúolos............................................................................34
Figura 14: Células de folha de espinafre após tratamento de APH. A) Células
parenquimáticas. B) Formação de novas cavidades. C) Preservação do tecido
vascular e estutura rígida dos cloroplastos dentro de células e vacúolos. D) Célula
desmoronada com pregas na membrana celular.......................................................35
7
Lista de Tabelas
Tabela 1: Especificações das câmaras de alta pressão construídas por ABB
Autoclave Systems.....................................................................................................21
Tabela 2: Comparativos da resistência à pressão hidrostática entre microrganismos
....................................................................................................................................26
Tabela 3: Mudança de temperatura devido à compressão adiabática para alguns
alimentos....................................................................................................................28
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Sumário
Resumo.............................................................................................................................5
Lista de figuras..................................................................................................................6
Lista de tabelas.................................................................................................................7
1 Introdução......................................................................................................................9
2 Alta pressão hidrostática..............................................................................................11
2.1 Funcionamento da técnica: sistema semi-contínuo..................................................12
2.2 Geração da alta pressão...........................................................................................15
2.3 Equipamentos de processos semi-contínuos...........................................................18
2.4 Equipamentos de processos descontínuos..............................................................21
3 Efeitos da alta pressão hidrostática nos microrganismos............................................24
3.1 Fatores que afetam a resistência microbiológica......................................................25
4 Efeitos da alta pressão hidrostática nos alimentos......................................................31
4.1 Efeitos da APH em frutas e hortaliças......................................................................31
4.1.1 Alterações na textura.............................................................................................32
4.1.2 Alterações na atividade enzimática........................................................................35
4.2 Efeitos da APH em alimentos protéicos e proteínas.................................................36
4.2.1 Alterações na textura.............................................................................................38
4.2.2 Alterações na coloração.........................................................................................40
4.3 Efeitos da APH no amido..........................................................................................41
4.4 Efeitos da APH nos nutrientes..................................................................................41
5 Método de homogeneização: sistema contínuo...........................................................43
6 Conclusão....................................................................................................................44
7 Referências..................................................................................................................45
9
1 Introdução
Os alimentos podem se conservar mediante processos térmicos e não
térmicos (CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999); os processos térmicos são eficientes
na inativação de microrganismos, porém afetam a qualidade do alimento, produzindo
em certos casos alterações de sabor e perdas de características funcionais e
nutritivas, já os processos não térmicos, como a utilização de altas pressões, podem
ser utilizados para a inativação de microrganismos responsáveis pela deterioração
dos alimentos, sem que a qualidade destes seja afetada. Sua aplicação pode
estender a vida útil dos alimentos e promover alterações desejáveis na textura, com
a vantagem de manter sua cor, sabor e valor nutritivo (LAVINAS; LOPES;
MESQUITA, 2007). Este interesse atual de indústrias alimentícias no processamento
de alimentos por altas pressões, deve-se à demanda do consumidor por alimentos
minimamente processados, livres de aditivos, estáveis no armazenamento e de
menor custo.
Existem dois métodos de processamento por alta pressão, o isostático e o de
homogeneização (TORREZAN, 2003). O método isostático mais conhecido como
alta pressão hidrostática (APH) é aplicado na forma de sistemas semi-contínuos ou
descontínuos. Alimentos sólidos e líquidos são submetidos a pressões entre 100 a
1000 MPa, a água é o fluído utilizado com a função de transferir a pressão aos
alimentos. A pressão é aplicada igualmente em todas as direções, permitindo aos
produtos sólidos a retenção do formato original, na despressurização (TORREZAN,
2003). O método de homogeneização é aplicado na forma de sistemas contínuos e
pressões de 100 a 350 MPa (FLOURY; DESRUMAUX; LARDIÈRES, 2000), dois
pistões operam simultaneamente, um pistão é carregado com o alimento e o outro o
empurra contra a válvula de homogeneização, este sistema é utilizado para
alimentos líquidos ou pastosos (emulsões). O princípio de ação baseia-se na
utilização de forças instantâneas providas da movimentação dos fluídos que agem
nas partículas sólidas, aumentando a dispersão das mesmas na fase líquida
(FLOURY; DESRUMAUX; LARDIÈRES, 2000; TORREZAN, 2003). A inativação de
microrganismos é causada pela alta tensão e cisalhamento que rompem a estrutura
celular dos mesmos (TORREZAN, 2003).
10
As maiores vantagens da utilização da alta pressão nos alimentos em relação
aos processamentos térmicos, é a capacidade de inativação de microrganismos e
enzimas indesejáveis, a elaboração de produtos reestruturados, a manutenção das
características sensoriais mais próximas às naturais, e a retenção de grande
quantidade de nutrientes que são perdidos em temperaturas elevadas
(PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). A aplicação de altas pressões é uma
técnica promissora para alimentos sensíveis às altas temperaturas como sucos de
frutas, molhos, sobremesas etc.
Portanto, o objetivo deste trabalho foi realizar uma revisão na literatura
relativa a tecnologia de alta pressão, com enfoque na alta pressão hidrostática e sua
ação sobre os microrganismos, alimentos e constituintes alimentares, tendo em vista
que este processo é mais amplamente utilizado, especialmente por se aplicar tanto a
alimentos sólidos como líquidos.
11
2 Alta pressão hidrostática
A tecnologia de Alta Pressão Hidrostática (APH) consiste na aplicação de
uma pressão uniforme em todo o produto, seja ele sólido ou líquido atingindo
medidas de 100 a 1000 Megapascal (MPa). MPa é a unidade utilizada quando se
fala em alta pressão, as equivalências com outras unidades conhecidas são 1 Mpa =
9,869 atm = 10 bar (YUSTE et al., 2004) . O objetivo da aplicação deste método de
conservação não térmico é prolongar a vida de prateleira dos alimentos, por meio da
inativação de enzimas e eliminação de microrganismos sem expor o alimento a altas
e baixas temperaturas (RASO et al., 1998; COSTA; DELIZA; ROSENTHAL, 1999;
SOLOMON; HOOVER, 2003; TORREZAN; CRISTIANINI, 2005; FERREIRA;
MASSON; ROSENTHAL, 2008). Outro objetivo da APH é melhorar as características
reológicas e funcionais dos produtos, pois as interações entre os constituintes,
induzidas pela pressão, podem originar texturas que sejam muito diferentes do
habitual (YUSTE et al., 2001). O conteúdo de vitaminas, sabor, cor e aroma
permanecem inalterados, pois as pressões utilizadas para inativar microrganismos e
enzimas, não são capazes de romper as ligações covalentes destes compostos
(PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). A APH é capaz de romper interações
eletrostáticas, pontes de hidrogênio e interações hidrofóficas (PANDRANGI;
BALASUBRAMANIAM, 2005). A APH é viável no processamento de geléias,
iogurtes, molhos, sobremesas prontas, sucos e polpa de frutas (TORREZAN;
CRISTIANINI, 2005). No Japão é utilizada também para o descongelamento de
peixe, estabilização de presunto, bolos de arroz cru, lulas e outros produtos de
pescado (SMELT, 1998). Nos Estados Unidos são encontrados produtos
pasteurizados por APH no comércio, como guacamole, ostras, presuntos, sucos de
frutas e salsas.
A APH pode ser aplicada em sistemas semi-contínuos ou sistemas
descontínuos dependendo do tipo de alimento.
12
2.1 Funcionamento da técnica: Sistema semi-contínuo A APH baseia-se em dois princípios, o Princípio de Lê Chatelier, o qual
estabelece que a velocidade de uma reação química, transição de fase e mudança
de conformação molecular, por exemplo, dependem da pressão e do volume, por
isso, quanto menor o volume, mais favorável e rápida será a reação devido ao
aumento de pressão (SMELT, 1998; YUSTE et al., 2001). O segundo princípio é o
Isostático que se refere à transmissão de pressão uniforme e instantânea em todo o
produto, independente da forma e do volume, isto mostra que a pressão aplicada e o
tempo de aplicação dependem do tipo do produto a ser tratado e do produto final
desejado (SMELT, 1998; YUSTE et al., 2001). Assim, o produto não fica deformado,
mesmo estando em pressões relativamente altas (YUSTE et al, 2001).
O sistema completo de aplicação de pressão hidrostática consiste num vaso de
pressão, gerador de pressão, fluido condutor de pressão, dispositivo de controle de
temperatura e recipiente para o acondicionamento do produto (HOOVER, 1993 apud
FERREIRA; MASSON; ROSENTHAL, 2008). O vaso de pressão, cerne do sistema,
em muitos casos é um cilindro monolítico, construído em aço inoxidável de alta
resistência à tensão. A espessura da parede desse vaso é determinada pela
pressão máxima de trabalho, diâmetro do vaso e pelo número de ciclos para o qual
é projetado (LAVINAS; LOPES; MESQUITA, 2007). A capacidade da câmara (vaso)
de pressão é determinada conforme a necessidade de cada usuário, unidades
laboratoriais têm capacidade de 100mL a 2L e equipamentos de planta piloto de 10
L a 25L (FERREIRA; MASSON; ROSENTHAL, 2008). Segundo Avure Technologies
(2006) apud Ferreira, Masson e Rosenthal (2008) equipamentos industriais para
produtos marinhos possuem capacidade de até 687L, em alguns casos, estes
podem ser providos de duas câmaras de 300L, totalizando 600L. O fechamento do
vaso pode ser realizado por diferentes mecanismos, dependendo da aplicação a que
se destina. Após o carregamento e fechamento da câmara de pressão, adiciona-se o
meio de pressurização. A água tornou-se o principal fluido a ser utilizado como meio
de transmissão de pressão, pois possui baixa compressibilidade e maior
compatibilidade com o alimento, ocasionando menor risco de contaminação. Após a
adição da água, aplica-se a pressão sobre ela. Outros fluidos podem ser utilizados
de acordo com a indicação de cada fabricante, por exemplo, óleos, agentes
anticorrosivos ou antimicrobianos (FARKAS; HOOVER, 2000).
13
Equipamentos semi-contínuos são geralmente utilizados no tratamento de
alimentos líquidos e a granel (YUSTE et al., 2001; PUIG et al., 2008). O sistema de
um processamento semi-contínuo de alimentos por alta pressão hidrostática está
ilustrado na Fig. 1.
Figura – 1 Sistema semi-contínuo de alta pressão para processamento de
alimentos Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
A temperatura depende da energia gerada dentro da câmara de pressão,
durante o funcionamento a geração de calor é moderada e temporária, e com o
término do processamento, a câmara é despressurizada, caindo rapidamente a
pressão e dissipando o aquecimento adiabático (ANSTINI, 2003 apud FERREIRA;
MASSON; ROSENTHAL, 2008). Os primeiros equipamentos fabricados para
laboratórios não eram de aço inoxidável e exigiam a utilização de óleos como meio
de pressurização (TING; BALASUBRAMANIAM; RAGHUBEER, 2002). Óleo de
silicone e benzoato de sódio eram utilizados como fluídos transmissores de pressão,
porém esses fluídos apresentam alto aquecimento durante a compressão, alguns
óleos elevam suas temperaturas três vezes mais que a água, consequentemente a
14
amostra atinge a mesma temperatura do fluido, esta alta temperatura afeta a
qualidade final do alimento (TING; BALASUBRAMANIAM; RAGHUBEER, 2002).
Como todas as substâncias que podem ser compressíveis alteram a temperatura
durante a compressão física, e o efeito termodinâmico não pode ser evitado; líquidos
como a água são pouco compressíveis, sob condições adiabáticas e próximas da
temperatura ambiente a água aquece cerca de 3°C para cada 100 MPa de pressão.
Como a água é o principal ingrediente de muitos alimentos, a compressão de muitos
produtos exibe aquecimento adiabático muito similar ao que ocorre com a água,
então, mesmo sob condições de altas pressões a elevação da temperatura é
relativamente baixa, por isso a água é o principal meio de pressurização (TING;
BALASUBRAMANIAM; RAGHUBEER, 2002).
A relação entre as variáveis da técnica de alta pressão hidrostática (pressão,
temperatura e tempo), podem ser melhor entendidas observando-se a Fig. 2.
Ps: pressão ambiente; P1: pressão final; Tm: temperatura máxima do processo; Ts: temperatura antes do processamento; Tf: temperatura depois do processamento por APH.
Figura 2 - Relação entre as variáveis típicas da APH: pressão, temperatura e
tempo.
Fonte: BALASUBRAMANIAM et al., 2004.
Segundo Balasubramaniam et al. (2004), come up time é o tempo necessário
para aumentar a pressão da amostra a partir da pressão atmosférica, e depende da
taxa de compressão, da pressão transmitida pelo fluido na proporcionalidade da
potência da bomba e o processo de pressão requerido. Holding time é o tempo em
pressão constante entre a compressão e o início da descompressão. Para a
15
obtenção do sucesso industrial, é recomendado um curto tempo de processamento;
tempos menores que 5 minutos são preferidos para maximizar a produtividade e
justificar a economia comercial da alta pressão hidrostática. E o decompression time
é o tempo necessário para trazer a amostra de alimento processado por APH para
próximo à pressão atmosférica.
As embalagens utilizadas na APH devem ser flexíveis, pois o alimento tem
seu volume reduzido em 15% durante a pressurização, e expansão equivalente
durante a despressurização. Assim, estas devem ter capacidade de redução e
expansão sem perda da integridade do material e da selagem utilizada (FARKAS e
HOOVER, 2000). Stomacher bags, tubos estéreis, tubos e “sacos” de polietileno são
exemplos de embalagens utilizadas nessa técnica (TEWARI; JAYAS; HOLLEY, 1999
apud FERREIRA; MASSON; ROSENTHAL, 2008).
2.2 Geração da alta pressão Segundo Cánovas-Barbosa et al. (1999) a alta pressão pode ser gerada pelas
seguintes maneiras:
a) Compressão direta: é gerada por pressurização de um meio com a parte final
de um pistão de diâmetro pequeno (Fig. 3). O diâmetro grande do final do pistão se
move com uma bomba de baixa pressão. Este método de compressão direta permite
uma compressão muito rápida, porém as limitações do fechamento dinâmico de alta
pressão entre o pistão e a superfície interna da câmara restringem o uso deste
método a diâmetros pequenos de laboratório ou sistemas de planta piloto.
16
Figura – 3 Geração de alta pressão por compressão direta do meio de
transmissão de pressão. Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
b) Compressão indireta: utiliza um intensificador de alta pressão para bombear o
meio de pressão de um depósito em direção a câmara de pressão fechada até que
se alcance a pressão desejada (Fig.4). A maioria dos sistemas industriais de
pressão isostática utiliza o método de compressão indireta.
Figura 4 - Geração de alta pressão por compressão indireta do meio de
transmissão de pressão. Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
17
c) Aquecimento do meio de pressão: utiliza a expansão do meio de pressão
mediante o aumento de temperatura para gerar alta pressão. Por isso, o
aquecimento do meio de pressão se usa quando a alta pressão se aplica em
combinação com alta temperatura; isto requer um controle muito estreito da
temperatura com o volume interno da câmara de pressão.
Os sistemas de alta pressão isostática podem operar como sistemas
isostáticos frios, combinados e quentes (CÁNOVAS et al, 1999):
a) Pressurização isostática fria (PIF): é uma técnica antiga, usada
essencialmente nas indústrias de metais, cerâmicas, carbono/grafite e plástico. Os
materiais em pó colocam-se em um molde elastômero que é submetido à alta
pressão. As pressões utilizadas estão em um intervalo de 50 a 600 Mpa. O processo
utiliza configurações de bolsas úmidas e bolsas secas. No método de bolsa úmida, o
molde se enche fora da câmara de pressão, a qual se enche com o meio de
pressão. Na Fig. 5 está ilustrado o funcionamento de uma planta isostática de bolsa
úmida. No método de bolsa seca, o molde se fixa na câmara de pressão e está
separado do meio de pressão por uma ferramenta elastômera. No método de bolsa
úmida, o tempo de um ciclo é de poucos minutos, enquanto que para o método de
bolsa seca varia entre 20 e 60 segundos. O método PIF é a técnica mais promissora
para a utilização na indústria alimentícia. O equipamento de pressurização isostática
fria foi desenvolvido originariamente para aplicações em cerâmicas, e foi modificado
para adequar-se aos requerimentos adicionais do processado de alimentos. Esta
câmara requer a utilização de água potável como meio, o tempo de tratamento varia
de 5 a 20 minutos com pressões superiores a 400 Mpa.
18
Figura 5 – Planta isostática de bolsa úmida. Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
b) Pressurização isostática combinada: a pressão isostática aplica-se em
combinação com temperaturas ambiente ou até 200°C, é utilizada em situações em
que uma reação química tem lugar durante a pasteurização.
c) Pressurização isostática quente: primeiramente era utilizada em indústrias de
metal e cerâmicas. O material é uniformemente aquecido e pressurizado. A
temperatura utilizada é tão alta como 2.200°C e a pressão é de 100–400 Mpa. O
meio de pressão utilizado é um gás, como argônio, nitrogênio, hélio ou ar. O tempo
típico do ciclo varia entre 6 e 12 horas.
2.3 Equipamentos de processos semi-contínuos Os japoneses foram os primeiros fabricantes das câmaras de alta pressão. As
maiores companhias japonesas que fabricam câmaras são: Mitsubishi Heavy
Industries Ltd., Kobe Steel Ltd. e Nippon Steel Ltd. Outros fabricantes de
equipamentos de alta pressão são: Engineered Pressure Systems, ABB Autoclave
19
Systems Inc., ACB, NKK Corp. e Autoclave Engineers. Na Fig. 6 podem ser vistos
dois tipos de equipamentos (CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999).
(A)
(B)
Figura 6 – (A) Câmara de pressão em escala laboratorial. (B) Câmera de
pressão móvel. Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al, 1999.
A ABB Autoclave Systems Inc., Vasteras, Sweden, desenvolveram um sistema
de alta pressão para o processamento de alimentos que consiste em dois
componentes: o módulo de processamento e o de controle. O módulo de
processamento consiste em um armário que contém a câmara de pressão com
malha de arame previamente forçada QuintusTM, o sistema de bombeio
20
eletrohidráulico e um sistema de circulação de água quente, como pode ser visto na
Fig. 7.
Figura 7 – Câmara de pressão Quintus. Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
Esta câmara (Fig. 7) possui um tamanho de 90 mm de diâmetro por 225 mm de
comprimento podendo alcançar 9.000 atm a 80°C, a pressão máxima é alcançada
aos 4 minutos. A temperatura é mantida fazendo-se circular água pelos canais entre
a bobina de arame e a parede do cilindro da câmara de pressão. Neste equipamento
de pressão da ABB, o módulo de controle programável revisa e controla o tempo de
processamento e a temperatura, utiliza-se um microprocessador para controlar a
carga do alimento no interior da prensa, no ciclo de pressão e a descarga o mesmo
em uma esteira transportadora. Na tab. 1 podem ser vistas as capacidades internas
e as pressões máximas de operação nos sistemas de alta pressão de ABB
Autoclave Systems.
21
Tabela 1 – Especificações das câmaras de alta pressão construídas por ABB Autoclave Systems
Modelo Diâmetro(m)
Comprimento(m)
Pressão máxima
de operação
(atm)
Volume(litros)
Temperatura máxima
Quintus 0,09 0,225 9.000 N.D. 80°CQuintus 0,3 1,25 9.000 100 80°CQuintus 0,5 2,5 9.000 500 80°C
Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
Na Fig. 8 pode ser visualizado um equipamento para médios volumes de
produção, com um sistema de alta pressão, utilizado atualmente para a
pressurização de carnes prontas para comer, ostras, guacamole e para estudos
sobre esterilização com alimentos de baixa acidez (TING et al, 2002).
Figura 8 - Equipamento de alta pressão hidrostática utilizado para médios
volumes de produção.
Fonte: TING; BALASUBRAMANIAM; RAGHUBEER, 2002.
2.4 Equipamentos de processos descontínuos O processo descontínuo de APH baseia-se nos mesmos princípios e técnica
do processamento semi-contínuo, a diferença segundo Cánovas et al. (1999) é que
no sistema de processo descontínuo o alimento é pressurizado por cargas, uma
depois a outra, o processo descontínuo reduz o risco de que grandes quantidades
22
de alimentos se contaminarem pelos lubrificantes e partículas que provêm da
máquina. Em um sistema descontínuo pode-se processar diferentes tipos de
alimentos sem o perigo de recontaminação ou da necessidade de limpar o
equipamento depois de cada operação. A vantagem da técnica de uma câmara de
pressão de tipo descontínuo é a simplicidade de fabricação comparada com as
câmaras com fluxo contínuo que operam a pressões muito altas como 4.000 – 9.000
atm. O sistema de fluxo descontínuo que foi utilizado no Japão, para produzir
comercialmente suco de pomelo, possui uma capacidade de processamento de 600
L/h de alimento líquido a uma pressão máxima de operação de 4.200 atm. O suco
possui um aroma fresco sem sabor amargo. Os equipamentos com fluxo
descontínuo podem ser utilizados para alimentos sólidos, viscosos e líquidos
(YUSTE et al., 2001; PUIG et al., 2008).
Na Fig. 9 pode ser visualizado um sistema de processamento de alta pressão
descontínuo, a velocidade de produção pode aumentar operando com sucessivas
câmaras de pressão sem tempos de indução no processamento, já que o sistema
opera sequencialmente. Um pistão livre separa o suco da água potável.
Figura 9 – Sistema descontínuo de alta pressão para processamento de
alimentos. Fonte: CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999.
O alto custo dos equipamentos de alta pressão é ainda um fator limitante da
aplicação em produtos de alto valor agregado. Pode-se esperar que estes custos
venham a se tornar mais acessíveis, como uma consequência do desenvolvimento
23
tecnológico, e cada vez mais existirão produtos submetidos a este tipo de tratamento
no mercado, como é o caso do leite pasteurizado por alta pressão, disponível no
mercado inglês (SMELT, 1998). Em escala comercial o custo de sistemas de
processamento de alta pressão varia entre $ 500.00 a 2,5 milhões de dólares,
dependendo da capacidade dos equipamentos e o grau de automatização
(BALASUBRAMANIAM; FARKAS, 2008).
24
3. Efeitos da alta pressão hidrostática nos microrganismos Segundo Cánovas-Barbosa et al. (1999), o estudo dos efeitos da pressão nos
organismos vivos, denomina-se barobiologia. As pressões mais altas que a
atmosférica se chamam hiperbáricas. Os primeiros estudos realizados sobre a
inativação de microrganismos em alimentos por efeito da pressão surgiram nos anos
de 1884 na França por Certes, em 1899 e 1914 por Hite nos EUA, eles observaram
uma maior estabilidade do leite sob o efeito da pressão (SMELT, 1998; CAMPOS;
DOSUALDO; CRISTIANINI, 2003; YUSTE, 2008). A inativação microbiológica dos
alimentos por APH, é aplicada principalmente em bactérias patogênicas e
deteriorantes (BALASUBRAMANIAM; FARKAS, 2008), como Salmonella, E. coli,
Listeria monocytogenes, Pseudomonas.
Durante o tratamento por APH lesões são observadas nas células dos
microrganismos e entre elas destacam-se, as modificações na morfologia das
células, da parede celular e membrana, alterações das funções bioquímicas e
mecanismos genéticos (HOOVER et al, 1989 apud YUSTE et al, 2001). As
alterações na morfologia celular incluem alongamento das células, separação da
parede celular da membrana citoplasmática, compressão da membrana, colapso dos
vacúolos gasosos e modificações nas organelas intracelulares (CHEFTEL, 1995;
KNORR, 1995 apud YUSTE, et al, 2001). A conformação (secundária, terciária,
quaternária e estruturas supramoleculares) de macromoléculas, como ácidos
nucléicos e proteínas é afetada (CHEFTEL; CULIOLI, 1997 apud YUSTE et al.,
2001). Entretanto, a principal causa da morte celular dos microrganismos atribui-se à
lesão na membrana citoplasmática (SMELT, 1998; YUSTE et al., 2001; MAÑAS;
PAGAN, 2004), devido às alterações na permeabilidade da membrana que irá
consequentemente alterar as trocas iônicas, em muitos casos ocorre também a sua
ruptura. A coagulação das proteínas citoplasmáticas e a cristalização dos
fosfolipídios também são observadas (ESPINASSE et al., 2007).
Os mecanismos genéticos são alterados, pois a APH causa a inativação de
enzimas fundamentais, incluindo a F1-F0 ATPase (MAÑAS; PAGAN, 2004), devido
a desnaturação protéica. Os ácidos nucléicos são mais resistentes à desnaturação
induzida por alta pressão do que as proteínas, as suas estruturas podem
25
permanecer intactas em pressões de 1.000 Mpa, mas como enzimas são afetadas
primeiramente, os mecanismos de replicação, transcrição do DNA e tradução em
proteínas são inibidos (CHEFTEL, 1995 apud YUSTE et al, 2001). A inibição da
síntese protéica também é causada pela dissociação de ribossomos sob alta
pressão (MAÑAS; PAGAN, 2004). Essas lesões ocorrem simultaneamente, uma
desencadeia a outra, dificultando a atribuição da perda da viabilidade celular por um
único evento (YUSTE et al., 2001).
Segundo Cánovas-Barbosa et al. (1999) carne armazenada a 3°C submetida
a uma pressão de 200 MPa a 20°C durante 20 minutos, poderá deteriorar-se depois
de dois dias, pressurizada à 300 MPa poderá deteriorar-se após 6 dias e
pressurizada a 400 - 450MPa permanecerá conservada de 6 a 13 dias. A população
inicial de microrganismos no leite de 106 células/mL se reduz em 99,95% sob
tratamento de pressão de 820 MPa a 13°C, de 40 segundos a 83 minutos
(CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999).
3.1 Fatores que afetam a resistência microbiológica Alguns microrganismos “barosensíveis” podem tornar-se resistentes em
alguns alimentos, devido aos fatores que determinam a resistência dos
microrganismos a determinadas pressões, que são: o tipo de microrganismo
predominante (família, espécie e cepa), o Gram, a fase de crescimento, a
temperatura e pressão aplicadas, composição química dos alimentos (proteínas,
carboidratos, lipídios) bem como o pH, atividade de água e presença de substâncias
bactericidas (MAÑAS; PAGAN, 2004; ROSENTHAL; MASSON; FERREIRA, 2008).
A tab. 2 apresenta uma comparação entre diferentes microrganismos em
relação a resistência à alta pressão hidrostática.
26
Tabela 2 - Comparativo da resistência à pressão hidrostática entre
microrganismos
Microrganismo Pressao (MPa) D (min)
T (C°) Substrato Referência
Clostridium pasteurianum 700 2,4 60 n.i. Maggi et al., 1995Clostridium pasteurianum 800 3,4 60 n.i. Maggi et al., 1995Citrobacter freundii 230 14,7 20 n.i. Carlez et al., 1992a
L. monocytogenes1 414 2,17 25 n.i. Ananth et al.,1998Salmonella senftenberg 414 1,48 2 n.i. Ananth et al.,1998Listeria inoccua2 400 3,12 2 n.i. Gervilla et al.,1997Listeria inoccua2 400 4 25 n.i. Gervilla et al.,1997Staphylococcus aureus3 200 221,8 20 n.i. Erkmen et al.,1997Staphylococcus aureus3 250 15 20 n.i. Erkmen et al.,1997Staphylococcus aureus3 300 3,7 20 n.i. Erkmen et al.,1997Staphylococcus aureus3 350 2,6 20 n.i. Erkmen et al.,1997Listeria inoccua 400 7,35 2 n.i Ponce et al.,1998Listeria inoccua 400 8,23 20 n.i Ponce et al.,1998L. monocytogenes1 150 84,4 4 Leite cru Mussa et al.,1999L. monocytogenes1 250 46,0 4 Leite cru Mussa et al.,1999L. monocytogenes1 300 26,6 4 Leite cru Mussa et al.,1999L. monocytogenes1 350 13,9 4 Leite cru Mussa et al.,1999Sacharomyces cerevisae 350 0,64* n.i. Suco de laranja Parish, 1998a
Sacharomyces cerevisae 500 0,02* n.i. Suco de laranja Parish, 1998a
Sacharomyces cerevisae 350 1,27** n.i. Suco de laranja Parish, 1998a
Sacharomyces cerevisae 500 0,07** n.i. Suco de laranja Parish, 1998a1 Scott A 2 910 CECT 3 ATCC 276904 Ascoporos * Z = 106 MPa ** Z = 126 MPan.i. não informado a apud Tewari et a.,1999
Fonte: CAMPOS; DOSUALDO; CRISTIANINI, 2003.
A resistência à alta pressão hidrostática varia conforme o tipo de
microrganismo; formas eucarióticas, como bolores e leveduras, são muito sensíveis
a altas pressões, inativando-se em níveis de 200 – 300 MPa ( SMELT, 1998;
BALASUBRAMANIAM; FARKAS, 2008), porém seus espororos resistem à pressões
de 700-800 Mpa. Essa resistência permite que esses esporos germinem sob
condições de baixas pressões (MAÑAS; PAGAN, 2004; ROSENTHAL; MASSON;
FERREIRA, 2008). Bactérias Gram-positivas são mais resistentes do que as Gram-
negativas, devido a suas paredes celulares serem mais finas e possuírem uma
membrana externa, enquanto que as Gram-negativas possuem uma parede celular
muito rígida e pouco flexível, apresentando maior fragilidade quando aplicada uma
alta pressão (SMELT, 1998). De acordo com a morfologia celular das bactérias, a
forma de cocos é mais resistente mecanicamente do que a forma de bacilos,
evidenciando maior resistência sob elevadas pressões (YUSTE et al, 2001).
Bactérias em fase logarítmica (log) de crescimento são mais sensíveis à APH do que
em fase lag e estacionária, pois as células da fase log, apresentam mudanças nos
seus envoltórios celulares que não são observadas na fase estacionária, como
27
perturbações físicas na estrutura celular, diminuição no trabalho osmótico e também
na proteína e no RNA do meio extracelular, além do que, as células da fase lag
ainda são esféricas e menores do que aquelas que estão na fase de crescimento
(FERREIRA; MASSON; ROSENTHAL, 2008).
Esporos de bactérias possuem uma elevada resistência às altas pressões,
segundo Balasubramaniam e Balasubramaniam (2003) é preciso em temperatura
ambiente uma pressão superior a 1000 MPa para reduzir a população de esporos
não germinados, a sua total destruição ainda não foi comprovada (BLACK et al.,
2007). Uma redução máxima de 1,5 ciclos logarítmicos foi obtida em esporos não
germinados de Clostridium esporogenes quando se aplicou uma pressão de 1500
MPa sob temperatura ambiente. Outro estudo mostrou que não houve inativação de
C. esporogenes utilizando uma pressão de 600MPa durante 60 minutos a 60°C
(SMELT, 1998). O mecanismo utilizado para a destruição dos esporos, é a indução
da germinação (BLACK et al, 2007). Esporos germinados são mortos com maior
facilidade, pois estes são sensíveis à alta pressão, a germinação dos esporos é
realizada com pressões moderadas entre 50 – 300 MPa, pois seus receptores de
nutrientes são ativados, e acelerada sob pH neutro e em líquidos (SMELT, 1998;
BLACK et al, 2007). Para a total inativação de esporos é recomendada uma
combinação de tratamento de temperatura e pressão (BLACK et al., 2007).
Em geral, quanto maior a complexidade de um organismo, maior sua
sensibilidade à pressão do tratamento (YUSTE et al, 2001).
A temperatura exerce elevada influência no tratamento por APH,
combinações entre elevadas pressões ou baixas temperaturas têm sido aplicadas
para a inativação de esporos, enzimas e microrganismos (FERREIRA; MASSON;
ROSENTHAL, 2008). Hurtado, Montero e Borderías (2000) aplicaram uma pressão
de 400 MPa a 7°C em 3 ciclos de 5 minutos sob lote de merluza, posterior ao
tratamento armazenaram esse lote em temperaturas de 2 a 3°C. O lote pressurizado
demonstrou maior estabilidade sob temperatura de refrigeração, e aceitável até nos
critérios sensorias até os 43 dias de armazenamento, em relação ao lote de merluza
não pressurizado, que após nove dias sob refrigeração foi descartado. A merluza
pressurizada apresentou um aspecto de cozida, e a redução de microrganismos
(UFC/g) reduziu em duas unidades logarítmicas. A APH pode também ser utilizada
tanto para pasteurização, quanto para esterilização de alimentos, pasteurização de
alta pressão envolve a aplicação de pressões moderadas entre (400 – 600 MPa) e
28
temperaturas de até 60°C, esterilização de alta pressão é um processo térmico de
pressão que requer uma combinação de pressões elevadas (800 MPa) e
temperaturas de até 120°C (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). A
pasteurização de alta pressão possui o objetivo de inativar formas vegetativas de
bactérias nocivas efetivamente nos alimentos (FARKAS; HOOVER, 2000), enquanto
que a esterilização de alta pressão possui o objetivo de inativar bactérias
patogênicas até na forma esporulada. Entretanto, todo produto submetido a uma
determinada pressão sofre aquecimento adiabático, que é a distribuição uniforme da
temperatura dentro do produto, causado unicamente pela pressurização, então se
deve levar em conta o aumento de temperatura do alimento de acordo com a
pressão aplicada antes de fixar a temperatura inicial do tratamento (FERREIRA;
MASSON; ROSENTHAL, 2008). A tab. 3 mostra a variação de temperatura de
alguns alimentos de acordo com a pressão.
Tabela 3 - Mudança de temperatura devido à compressão adiabática para
alguns alimentos, pressão de 100 Mpa
Alimento a 25°C Mudança de temperatura (°C)
Água
Purê de batata
Suco de laranja
Salsa
Leite (2% de gordura)
Salmão
Frango
Carne
Óleo de oliva
Óleo de soja
~ 3,0
~ 3,0
~ 3,0
~ 3,0
~ 3,0
~ 3,2
~ 4,5
~ 6,3
De 8,7 a < 6,3 a
De 9,1 a < 6,2 a
Fonte: TING; BALASUBRAMANIAM; RAGHUBEER.
Os alimentos e seus constituintes desempenham um efeito baroprotetor sobre
os microrganismos influenciando na eficácia do tratamento de alta pressão. Produtos
29
com maiores quantidades de carboidratos, proteínas e vitaminas oferecem maior
proteção aos microrganismos, segundo um estudo realizado por Solomon e Hoover
(2004), que investigaram a resistência à APH de Campylobacter jejuni ATCC 35919
e 35921 inoculados em tampão fosfato, meio de cultura e alguns alimentos como
extrato solúvel de soja, purê de galinha e leite de vaca, os níveis de pressão para
atingir a inativação igual à obtida em meio de cultura e tampão fosfato foram
adicionais entre 50 a 75 Mpa, determinando o efeito protetor destes constituintes
sobre os microrganismos.
O baixo pH favorece o tratamento por APH, segundo Mackey; Forestière e
Issacs (1995) apud Lavinas; Lopes e Mesquita (2007) que inocularam Listeria
monocytogenes em meios com pH 7,1 e 5,3 com o mesmo tratamento de 300 Mpa
por 10 minutos e observaram uma redução no número de células viáveis em torno
de 1,8 ciclos logarítmicos no meio de pH 5,3. Deve-se levar em consideração que o
pH do meio é alterado quando se aplica uma determinada pressão, por exemplo, a
0°C a água do mar exibe um pH de 8,10 a 1 atm, o aumento da pressão para 1.100
atm, diminui o pH para 7,87 (CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999).
A baixa atividade de água potencializa o efeito da alta pressão hidrostática. A
sacarose protege a inativação das células por promover uma maior estabilidade da
membrana (MAÑAS; PAGAN, 2004), devido à desidratação parcial da célula. Esta
desidratação deve-se ao gradiente de pressão osmótica entre os fluídos internos e
externos, resultando em células pequenas e membranas espessas (LAVINAS;
LOPES; MESQUITA, 2007). Quando a diminuição da atividade de água é realizada
pela adição de cloreto de sódio e outros sais as células bacterianas tornam-se mais
sensíveis à pressão devido a uma maior transição de fosfolipídios na membrana
(MAÑAS; PAGAN, 2004).
Alimentos que possuem acidificantes, antioxidantes, bacteriocinas (nisina,
lisozima, por exemplo), potencializam a inativação de microrganismos por alta
pressão (YUSTE et al., 1998). Microrganismos são particularmente sensíveis à
nisina, após ou durante o tratamento de pressão. De acordo com um estudo
realizado por Smelt (1998) que submeteu cepas de Bacillus coagulans à APH
(400MPa), sob baixo pH e temperatura, após ter adicionado nisina uma redução de
seis ciclos logarítmicos foi observada, aparentemente Gram-negativos como E. coli e
Salmonella que normalmente são resistentes à nisina, podem ser sensibilizados
mediante pressurização.
30
31
4 Efeitos da alta pressão hidrostática nos alimentos
O principal efeito da alta pressão nos alimentos está relacionado com a
textura. A APH causa a desnaturação das proteínas, desestruturando as estruturas
quaternárias, terciárias e secundárias, que são formadas por interações
eletrostáticas, pontes de hidrogênio e interações hidrofóficas, suceptíveis às altas
pressões (MOZHAEV et al., 1996; HENDRICKX et al., 1998). Esta desnaturação por
sua vez influenciará no aumento da digestibilidade de alimentos protéicos
submetidos à APH, que pode ser desejável em alguns casos. Entretanto, as enzimas
por serem uma classe especial de proteínas também são desnaturadas, a nível
celular, esta inativação de enzimas importantes, irá influenciar na permeabilidade
iônica que ocorre na membrana da célula, determinando o encolhimento ou inchaço
das mesmas. Em alimentos como frutas e hortaliças, as células exercem extrema
influência na textura, é indesejável que ocorra a exsudação de água do interior para
fora. De acordo com estudos e pesquisas um dos desafios da aplicação de APH nos
alimentos é inativar as enzimas indesejáveis que causam o escurecimento,
desenvolver novos produtos alimentícios com texturas diferentes, inativar espororos
e microrganismos possibilitanto um maior prazo de validade, sem que ocorram
exsudação e perda de nutrientes durante o processamento (PRÉSTAMO; ARROYO,
1998).
4.1 Efeitos da APH em frutas e hortaliças Os principais objetivos da APH aplicada em frutas e hortaliças é inativar
microrganismos e enzimas, fornecendo maior tempo de prateleira para produtos
minimamente processados. Porém dependendo da intensidade do tratamento por
alta presão, a textura desses alimentos pode sofrer alterações (PRÉSTAMO;
ARROYO, 1998), enquanto que os pigmentos como carotenóides, clorofila e
antocianinas permanecem inalterados. A preservação destes pigmentos é um efeito
desejável (CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999).
32
4.1.1 Alterações na textura O principal objetivo da aplicação da APH em hortaliças é substituir o tratamento
térmico de branqueamento (PRÉSTAMO; ARROYO, 1998). O tratamento por APH
em comparação ao branqueamento, extrai menor quantidade de nutrientes, produz
menor quantidade de efluentes e reduz os microrganismos em 4 ciclos logarítmicos,
sendo que o branqueamento reduz somente 3 ciclos (CÁNOVAS-BARBOSA et al,
1999). Préstamo e Arroyo (1998), estudaram o efeito da APH na estrutura celular de
couve-flor e folhas de espinafre, as amostras foram tratadas a 400 MPa por 30
minutos a 5°C, a liberação de pressão foi realizada lentamente para evitar o
congelamento da amostra. Na Fig. 10 pode ser observada a estrutura celular da
couve-flor não tratada por APH.
Figura 10 – Micrografia eletrônica de varredura da estrutura celular de couve-flor
não tratada por APH. Fonte: PRÉSTAMO; ARROYO, 1998.
Na Fig. 10 pode ser visto uma estrutura com células inchadas e compactas no
tecido cru de couve-flor. Porém após submeter esta hortaliça sob tratamento de alta
pressão a estrutura celular mudou, a migração de compostos solúveis ocorreu e o
dano celular foi claramente demonstrado. De acordo com a Fig. 11 a perda de turgor
e a presença de líquido no espaço intercelular pode ser observado. Esse fluído
intercelular preenche os espaços vazios que antes do tratamento era preenchido por
gases, esse líquido possui água, sais, vitaminas, enzimas e substratos.
33
Figura 11 – Couve-flor sob APH a 400 MPa por 30 minutos a 5°C. Fonte: PRÉSTAMO; ARROYO, 1998.
Amostras de couve-flor tratadas e não tratadas com APH, foram congeladas,
e observou-se muitas linhas no interior das células devido à água congelada (Fig.
12).
Figura 12 – A) Couve-flor congelada não tratada por APH. B) Couve-flor
congelada tratada por APH. Fonte: PRÉSTAMO; ARROYO, 1998.
O número de linhas foi maior na amostra não tratada (Fig. 12 A) do que nas
amostras tratadas por alta pressão (Fig. 11 B), isto indica que as células tratadas
perderam parte da água interna. A alta pressão causou mudanças na
permeabilidade celular, gerando movimentos de água, no entanto após estas
alterações, a couve-flor possuiu uma firmeza e sabor aceitável.
34
O mesmo tratamento de APH foi aplicado em folhas de espinafre (Fig. 13) sendo
obervadas células fusiformes com espaços intercelulares preenchidos com gases. O
parênquima, a epiderme e o tecido vascular foram observados.
Figura 13 – Células de espinafre cru. A) Parênquima mesófilo. B) Tecido vascular
das folhas de espinafre. C) Tecido vascular em maior ampliação
mostrando detalhes de cloroplastos, organelas e vacúolos. Fonte: PRÉSTAMO; ARROYO, 1998.
Após o tratamento de alta pressão, a organização do parênquima foi
interrompida, as células colapsaram e nenhum dos espaços intercelulares ficou
cheio de gás. Novas cavidades apareceram, e uma completa desorganização
ocorreu. No tecido vascular as células foram cimentadas em vez de serem cheias
com gás e os cloroplastos mativeram uma estrutura rígida. Estas alterações podem
ser visualizadas na Fig. 14.
35
Figura 14 - Células de folha de espinafre após tratamento de APH. A) Células
parenquimáticas. B) Formação de novas cavidades. C) Preservação do
tecido vascular e estutura rígida dos cloroplastos dentro de células e
vacúolos. D) Célula desmoronada com pregas na membrana celular Fonte: PRÉSTAMO; ARROYO, 1998.
Após o tratamento por APH as células desmoronaram, estas alterações
celulares são explicadas devido à inativação de ATPases, que são enzimas
relacionadas com o fornecimento de energia (ATP) para que a célula realize as
transferências de íons Na+ e K+ através da membrana plasmática. Esta enzima
possui influência na regulação do volume celular, determinando o encolhimento ou
inchaço da célula (PRÉSTAMO; ARROYO, 1998 apud CHONG et al, 1985).
Segundo Préstamo e Arroyo (1998), no espinafre todas as alterações foram
mais extensas do que para a couve-flor. Esta diferença foi atribuída à natureza
branda do tecido de espinafre, concluindo que esta hortaliça não é adequada para o
processamento de alta pressão.
Frutas como peras, caquis se tornam mais macias, transparentes e doces,
durante o tratamento com alta pressão hidrostática. O conteúdo de benzaldeído das
frutas é aumentado, este aumento de concentração pode contribuir para a qualidade
aromática das mesmas (CÁNOVAS-BARBOSA et al., 1999).
4.1.2 Alterações na atividade enzimáticaA APH também objetiva inativar enzimas indesejáveis em frutas e hortaliças,
principalmente em produtos minimamente processados, cujo efeito do corte provoca
uma mistura entre os substratos e as enzimas causando o escurecimento nestes
36
alimentos (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). As principais enzimas de
importância em frutas e hortaliças são a pectina metil esterase (PME) e
poligalacturonase (PG), que estão envolvidas na degradação da parede celular,
provocando redução da viscosidade, escurecimento e outras alterações sensoriais.
As peroxidases e polifenoloxidades também são de grande importância. No entanto,
o efeito da alta presssão sobre a atividade enzimática parece ser variável;
Pandrangi; Balasubramaniam (2005) observaram uma parcial ou completa
inativação de enzimas, em alguns casos a ativação das enzimas foi relatada. Eles
concluíram que a pressão por si só, na maioria das frutas e produtos hortícolas, não
é suficiente para inativar enzimas, portanto, deve-se ser combinada com o calor.
Estudos realizados por Pandrangi e Balasubramaniam (2005) apud Shook et
al. (2001), demonstraram que a inativação enzimática é melhor descrita por um
modelo cinético de primeira ordem, com a combinação de pressão e temperatura.
Tomates foram picados e submetidos à APH por 400, 600 e 800 MPa em 1, 3 ou 5
minutos a 25° ou 45° C. A poligalacturonase obteve perda da atividade em 400 Mpa
independente das temperaturas utilizadas. Porém, a polimetilesterase sob 400 Mpa
e 45 °C teve sua atividade aumentada. No mesmo estudo uma perda de atividade da
lipoxigenase foi observada com a aplicação de 600 MPa de pressão em todas as
temperaturas. Todo tomate cereja processado sob APH mostrou uma tendência
semelhante nas atividades de PG e PME (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM,
2005 apud TANGWONGCHAI et al., 2000). Portanto, em tomates a
poligalacturonase parece ser sensível à pressão, enquanto que a polimetilesterase
parece ser incensível.
Tomate, alface, espinafre, cebola, aspargos e couve-flor foram submetidos à
tratamento por APH de 100 – 400 MPa durante 30 minutos a 5°C, o único vegetal
que mostrou ligeiro escurecimento em pressões superiores foi a couve-flor, nesta
hortaliça a inativação da peroxidase foi incompleta. Os outros produtos hortícolas
não mostraram alterações sensoriais (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005
apud ARROYO et al., 1999).
Em ervilhas processadas sob alta pressão (400-900 MPa), durante 5 ou 10
minutos a 20°C, a peroxidase foi reduzida significativamente. A maior redução obtida
em torno de 88 % foi obtida a 900 MPa durante 10 minutos e de acordo com
Pandrangi; Balasubramaniam (2005) apud Quaglia et al. (1996), esta redução foi
comparável ao branqueamento.
37
A APH também inativa enzimas, como a lipase presente, por exemplo, em
carne de sardinha; esta enzima segundo Cánovas (1999) pode ser inativada com
pressões de 100 a 400 MPa em 4 a 20°C durante 30 minutos.
4.2 Efeitos da APH em alimentos protéicos e proteínas Os principais efeitos causados em alimentos protéicos por aplicação da APH são
a mudança de textura e coloração (CARLEZ; NOGUES; CHEFTEL, 1995; LAWRIE,
2005), e nas proteínas, são obtidas alterações nas propriedades funcionais
(CÁNOVAS-BARBOSA et al.,1999). A APH favorece a formação de géis protéicos,
uma gema de ovo, por exemplo, submetida à pressão de 400 MPa durante 30
minutos a 25°C, forma um gel. A clara de ovo, para gelatinizar-se precisa de uma
pressão de 600 MPa. Os géis obtidos sob pressurização possuem um aroma
natural, não mostram destruição de vitaminas e aminoácidos e são mais facilmente
digeríveis comparados com os géis obtidos pelo calor (CÁNOVAS-BARBOSA et
al.,1999). Os géis formados após a APH retêm a coloração original da gema e da
clara, são mais macios, lustrosos e adesivos, comparados com os géis formados
pelo calor (CÁNOVAS-BARBOSA et al.,1999). A força dos géis aumenta com o
aumento de pressão, no entanto estes que são formados por pressão, apresentam
apenas uma sexta parte da força dos géis obtidos pelo calor (CÁNOVAS-BARBOSA
et al.,1999). A adesividade decresce com o aumento de pressão, a gomosidade dos
géis obtidos pela forma pressurizada é menor do que a de géis obtidos pelo calor
(CÁNOVAS-BARBOSA et al.,1999). Os ovos fervidos exalam um aroma a sulfeto e
possuem lisinoalanina produzida durante o cozimento. Os ovos submetidos à
pressão, não apresentam o aroma a enxofre e não contêm lisinoalanina (CÁNOVAS-
BARBOSA et al.,1999). A lisinoalanina inibe a ativação de enzimas proteolíticas,
devido à formação de uma rede tridimensional no intestino, portanto a
disponibilidade de aminoácidos no corpo humano fica reduzida. O processamento de
ovos por alta pressão, não afeta a riboflavina, o ácido fólico e a tiamina, enquanto
que no ovo fervido essas vitaminas são perdidas (CÁNOVAS-BARBOSA et
al.,1999). O ponto de fusão dos géis de carragenato, ovoalbumina e proteína de
soja, diminui linearmente com o aumento da pressão, indicando a formação de géis
menos estáveis. Enquanto que o ponto de fusão de gelatina aumenta com o
aumento da pressão (CÁNOVAS-BARBOSA etal.,1999).
38
A gelatinização formada por APH é atribuída à diminuição no volume da
solução protéica, enquanto que o calor provoca um movimento violento nas
moléculas de proteína que conduz à destruição das ligações não covalentes,
desnaturação e formação de redes aleatórias. Nos géis pressurizados a
reordenação das moléculas de água al redor dos resíduos de aminoácidos produz
géis mais brilhantes e transparentes comparados aos géis opacos produzidos com
temperaturas elevadas (CÁNOVAS-BARBOSA et al.,1999).
No Japão utiliza-se a APH (400 MPa) para induzir a gelatinização do surimi
baseado em sardinha, bonito e atum. O surimi de lula é obtido por pressurização de
600 MPa da proteína extraída do músculo. Estes géis de surimi são sensorialmente
superiores aos produzidos com calor. A gelatinização por APH ainda pode ser
utilizada para a adesão de músculos de pequenos tamanhos e filetes de pescado,
reestruturação de pescado picado ou carne desossada, moldado de surimi ou peças
de surimi geleificado em análogos de alimentos marinhos (CÁNOVAS-BARBOSA et
al.,1999). O grande interesse da indústria de surimi na APH está relacionado com a
produção de géis aceitáveis e a simultânea esterilização comercial em temperaturas
abaixo de 0°C (CÁNOVAS-BARBOSA et al.,1999).
O efeito emulsificante das proteínas é alterado com a APH, porém este efeito
depende do pH do meio. Uma solução de ovoalbumina possui atividade
emulsificante e alta estabilidade de emulsão em pH 12,5, sob uma pressão de 600
MPa em temperatura de 25°C. A diminuição do pH próximo ao ponto isoelétrico
diminui o efeito emulsificante da ovoalbumina, nas mesmas condições de pressão e
temperatura (CÁNOVAS-BARBOSA et al. 1999).
4.2.1 Alterações na textura A mudança de textura em carnes depende de vários fatores como, quantidade
de pressão aplicada e sua velocidade de mudança, temperatura concominante, a
extensão do desenvolvimento do rigor mortis no momento da pressurização e no tipo
de músculo (LAWRIE, 2005). De acordo com Lawrie (2005) apud Ikkai e Ooi (1969),
estudos demonstraram que na presença de ATP, a actomiosina foi dissociada em
seus constituintes actina e miosina por aplicação de pressão. A pressão em torno
de 100 MPa, quando aplicada em músculo pré-rigor, ou seja quanto o nível de
glicogênio no músculo ainda é elevado, por 2 a 4 minutos sob temperatura ambiente
provoca amaciamento significativo na carne cozida (LAERIE, 2005). Uma das
39
explicações para o amaciamento da carne por alta pressão é a transformação da
actina-F em actina-G e a despolimerização da miosina, o calor também desnatura
estas quando estão dissociadas, em vez de estarem na forma agregada (LAWRIE,
2005). Sob 150 Mpa de pressão, por 5 a 10 minutos e em 35°C, o retículo
sarcoplasmático de músculos em estágio de pré-rigor é afetado, causando proteólise
da proteína ATPase, e da calsequestrina, aumentando a concentração de íons Ca++,
e com isso estimulando a contração e a glicólise post mortem e esta aumentada pela
ativação da fosforilase (LAWRIE,2005). A APH desorganiza o retículo
sarcoplasmático, e íons Ca++ são liberados em excesso causando danos nas
membranas lisossomais, o lisossomo acaba liberando antecipadamente suas
enzimas, por isso o acondicionamento é acelerado (LAWRIE, 2005 apud
MACFARLANE; MORTON, 1978).
Lawrie (2005) apud Homma; Ikeuchi e Suzuki, (1994) demosntraram que o
aumento na atividade de enzimas como as catepsinas B, D e L, sob pressão de 400
MPa, foi devido a maior liberação de enzimas pelos lisossomas. Posteriormente em
1995 mostraram que o sistema calpaínas também era alterado pela alta pressão.
Pressões acima de 200 MPa, diminuem rapidamente as atividades da µ e m-
calpaína, no entanto a calpastatina era ainda mais suceptível a esta pressão, então
a atividade das calpaínas foi dominante, isso contribuiu para o aumento da maciez
da carne. A pressurização em músculos com alto pH final, não apresenta efeito
sobre o retículo sarcoplasmático. Após tratamento por APH, foi observado por
microscopia eletrônica que as bainhas do sarcolema e do endomísio são separadas
das miofibrilas, contribuindo para o aumento da maciez (LAWRIE, 2005). Os
filamentos do citoesqueleto também são afetados, a pressão/ tratamento de calor
produz maior degradação da conectina (“filamentos do espaço vazio”) do que
somente com a aplicação de calor (LAWRIE, 2005). Lawrie (2005) apud Suzuki e
colaboradores (1993) demosntraram que a alta pressão não possui efeito sobre o
colágeno, e sim na degradação dos filamentos de miosina.
Se a técnica de alta pressão pudesse ser aplicada na indústria de carnes,
além de proporcionar um efeito amaciante, iria acelerar de forma significativa as
operações nos abatedouros, tornando possível a produção de carne amaciada,
embalada a vácuo, de carcaças desossadas. Na carne post rigor a aplicação de
altas pressões seria mais difícil, pois a necessidade de calor iria proporcionar um
aspecto de carne cozida (LAWRIE, 2005). Devido ao seu efeito de aceleração ou
40
inibição da glicólise post mortem, o tratamento de pressão poderia ser empregado
para o tratamento de carne em qualquer pH desejado na faixa normal (LAWRIE,
2005). A alta pressão possui um efeito solubilizante sobre as proteínas miofibrilares.
Os grupos imidazol da histidina parecem estar implicados (LAWRIE, 2005). Sob
pressões de 150 MPa, entre 0 e 3°C, a adesão entre as partículas de carne
aumentou, semelhante ao que ocorre quando polifosfato trissódico e sal são
adicionados, porém este efeito ocorreu em valores mais baixos de pH. Os estudos
de Lawrie, 2005 apud Susuki e Macfarlane, 1984 indicaram que as propriedades das
proteínas miofibrilares aumentadas pela ação do calor adquiridas sob alta pressão, é
devida à despolimerização dos monômeros de miosina por meio do qual eles
reagregam-se formando um complexo diferente na liberação da pressão. Portanto,
as quantidades de sal e polifosfato necessárias para solubilizar as proteínas
miofibrilares poderiam ser diminuídas com o uso da pressão, pois esta iria operar
como agente ligante na produção de carnes reestruturadas. Desse modo, as
quantidades de sal poderiam ser diminuídas.
4.2.2 Alterações na coloração A coloração da carne e de produtos derivados é um fator que influencia a boa
qualidade sensorial, e a maior aceitabilidade pelo consumidor (CARLEZ; NOGUES;
CHEFTEL, 1995; PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). A intensidade da
coloração da carne é devido ao seu conteúdo total de mioglobina. A APH causa uma
desnaturação da globina, facilitando a ação dos agentes oxidantes presentes no
meio, a oxidarem o íon ferroso (Fe2+) a íon férrico (Fe3+) formando a metamioglobina
desnaturada, cuja cor é marrom e o aspecto é de carne cozida (CARLEZ; NOGUES;
CHEFTEL, 1995; PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). Esta desnaturação,
segundo alguns autores, inicia-se a partir de 150 MPa de pressão para carnes
frescas (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005).
Em derivados cárneos a APH não causa alterações significativas na
coloração, segundo Pandrangi e Balasubramaniam (2005) apud Yuste e Mour-Mour
(2003) embutidos cozidos foram tratados em 500 MPa de pressão por 5 ou 15
minutos a 65°C, a cor não foi afetada significativamente, a APH pode ser uma
alternativa do tratamento de pasteurização para estes produtos. Em presunto cozido
também não foi observado mudanças na coloração (PANDRANGI;
BALASUBRAMANIAM, 2005 apud GOUTEFANGEA et al., 1995). Portanto, a
41
alteração de cor é mais significativa em matérias primas, ou seja, carnes frescas
(PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005).
4.3 Efeitos da APH no amido A gelatinização do amido pode ser alcançada com a aplicação da APH, este
efeito pode ser ainda mais estimulado com o aumento de temperatura. O amido
gelatiniza-se por alta pressão, devido à estabilização das pontes de hidrogênio que
mantêm o granulo de amido no seu estado original (CÁNOVAS-BARBOSA et
al.,1999). As alterações características, durante o armazenamento no frio dos
amidos gelatinizados sob pressão, são menores que as alterações de amidos
gelatinizados com o calor, pois o tratamento térmico rompe a estrutura natural do
amido durante a gelatinização. Enquanto que a estrutura natural do amido é
parcialmente restaurada, com o armazenamento em baixas temperaturas. A
pressurização promove o inchamento dos grânulos de amido e a estrutura granular é
mantida (CÁNOVAS-BARBOSA et al.,1999).
4.4 Efeitos da APH nos nutrientes A alta pressão tem mínimo efeito sobre moléculas de baixo peso molecular,
como vitaminas, pigmentos, compostos responsáveis pelo sabor e aroma
comparado ao processamento térmico (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005).
Frutas e a maioria dos vegetais são os alimentos mais ricos em antioxidantes,
pigmentos e vitaminas (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005). Amostras de
brócolis foram tratadas com pressão de 600 MPa durante 40 minutos a 75°C, não
mostrando perda de clorofila a ou b em comparação com amostras não tratadas. Da
mesma maneira, tomates foram tratados com 600 MPa de pressão e 25°C por 60
minutos, não apresentando alteração em carotenóides. Cenoura e tomate tratados a
500 – 800 MPa em 5 minutos, apresentaram uma mínima perda da capacidade
antioxidante de uma porção solúvel em água, em relação à amostras não tratadas
(PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005 apud BUTZ et al.,2002).
Sancho et al. (1999), escolheram vitaminas hidrossolúveis para o estudo da
alta pressão, pois estas possuem maior sensibilidade aos fatores físicos como a
temperatura, que limita bastante seu uso no processamento industrial convencional.
Eles submeteram um modelo multivitamínico contendo vários níveis de vitaminas
solúveis em água, como, ácido ascórbico, tiamina e vitamina B6 sob uma pressão de
42
600 MPa por 30 minutos, o mesmo tratamento foi aplicado em alimento fontes
naturais de vitamina C. No modelo multivitamínico uma perda de 12% de ácido
ascórbico e alterações nos níveis de tiamina e vitamina B6 foi observado. Enquanto
que em alimentos ricos em vitamina C as perdas foram insignificantes.
A APH comparada ao processamento térmico possui maior vantagem na
retenção de nutrientes (PANDRANGI; BALASUBRAMANIAM, 2005), e estes
resultados confirmam a mínima alteração dos níveis de vitaminas, pigmentos e
antioxidantes dos alimentos.
43
5 Método de homogeneização: sistema contínuo A alta pressão pode ser aplicada pelo método de homogeneização, um
sistema contínuo utilizado para produtos líquidos. O processamento é rápido, o
alimento é bombeado por dois intensificadores de pressão, o líquido flui através de
uma válvula de homogeneização, na qual o produto atinge níveis altíssimos de
turbulência e cisalhamento. Na saída da válvula o alimento é despressurizado
rapidamente, atingindo a pressão atmosférica (TIENGO et al., 2008). O método de
homogeneização é de especial interesse para a indústria de laticínios para reduzir o
tamanho dos glóbulos de gordura dos leites e cremes, evitando a coalescência
durante um longo tempo de armazenamento (THIEBAUD et al., 2003). A alta
turbulência e cisalhamento causam a perturbação nos glóbulos de gordura. A
pressão utilizada no método de homogeneização (100 MPa) é menor do que os
níveis de pressão usados na APH, e a temperatura também é menor. A pressão
gera uma energia que transmitida ao fluído é convertida em calor, por isso o líquido
sofre um pequeno aumento de temperatura, entre 2 a 5 °C a cada 10 MPa
(THIEBAUD et al., 2003). A alta pressão aplicada pelo método de homogeneização,
é largamente utilizada em indústrias farmacêutica e de cosméticos, este método
ainda promove a dispersão de líquidos com fases imiscíveis, estabiliza emulsões e
prepara produtos com devidas propriedades reológicas (THIEBAUD et al., 2003).
44
6 ConclusãoDiante do exposto pode-se concluir que a tecnologia de alta pressão é um
tratamento promissor no processamento de alimentos, pois atenderá as exigências
do consumidor por produtos minimamente processados mais próximos ao natural e
com a mesma estabilidade microbiológica de produtos tratados sob altas
temperaturas e adicionados de aditivos. Porém uma planta de processamento de
alta pressão ainda possui um elevado custo para a indústria.
Portanto, com base na pequena comercialização de produtos processados
por esse método, cabe a investigação do impacto e dos benefícios que a produção
de alimentos sob alta pressão pode proporcionar em longo prazo para a indústria
alimentícia. Enquanto isso se deve prosseguir as investigações na tecnologia de alta
pressão nas universidades que recebem os fundos de apoio governamentais.
Promover uma maior interação entre os investigadores acadêmicos com a indústria,
a fim de solucionar as questões primordiais na superação de obstáculos
tecnológicos, como os processos de alterações químicas nos alimentos durante o
processamento e posterior armazenamento, o entendimento da resistência
microbiana e a identificação de organismos baroresistentes. Estes resultados de
pesquisa podem promover um amplo benefício para a indústria de alimentos.
45
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