Extração Supercrítica

Autor: Engenheiro de Alimentos, Ademar Lopes.

Conceito de fluido supercrítico

Ao submeter um fluido qualquer, limitado a um volume definido, a pressões e temperaturas muito altas, o comportamento dinâmico deste fluido concentra-se a um ponto específico. E esse ponto específico é denominado Ponto Crítico. A pressão critica e a temperatura critica do gás são específicos. A pressão critica de um gás é definida como a pressão acima no qual o gás não pode mais ser liquefeito, independente da diminuição de temperatura. A temperatura critica é a temperatura acima no qual o gás não pode mais ser liquefeito, independente do aumento da pressão[1,3]

Quando o fluido é submetido a maiores pressões e temperaturas, ele se torna supercrítico. Nessa região supercrítica, as propriedades intrínsecas do fluido são modificadas, tais como: densidade, viscosidade, coeficiente de difusão e etc. A ilustração teórica é representada pelo diagrama de temperatura x pressão a seguir.

Figura 1: Diagrama de temperatura x pressão. 

Um fluido supercrítico apresenta propriedades de um gás e um líquido. Em um exemplo, a densidade deste fluido supercrítico, pode ser mudada pela mudança da pressão aplicada sob o fluido. Um fluido supercrítico com a uma alta densidade solvata compostos igual a um liquido, ressaltando que por apresentar comportamento gás-líquido, o mesmo também possui alta difusibilidade, igual a um gás[1].

Extração Supercrítica

A extração supercrítica tem como base nas propriedades dos fluidos supercríticos no estado em que se encontram. Por terem a sua densidade alterada, estes apresentam alta dissolução igual a um líquido, e alta difusibilidade igual a um gás.

Muitos são os gases estudados na extração supercrítica, mas em virtude de parâmetros como: perigo em risco de explosão, toxicidade, custos e entre outros, tem-se utilizado o dióxido de carbono (CO₂), por ser mais seguro, é facilmente encontrado e é bem mais viável economicamente falando[2,3].

Equipamentos utilizados na extração supercrítica

Em uma extração supercrítica, os equipamentos básicos são: uma fonte de dióxido de carbono, um compressor, um vaso de extração, uma válvula de expansão, uma câmara de separação, além de sensores como pressostato e termostato e os controladores[4].

Figura 2: Diagrama representativo de uma extração super-critica. Google imagens

Extração de Líquido por fluido supercrítico

 Nesta extração, é utilizada uma coluna de extração inicialmente projetada para operar a altas pressões. Em sua operação, a coluna é alimentada com a mistura contendo a matéria-prima de interesse, em contracorrente com o fluido supercrítico, havendo assim um forte contato do fluido supercrítico com a mistura, e ocorrendo a solubilização e o arraste da matéria-prima[4].

Extração de Sólido por fluido supercrítico

Nesta extração, a matéria-prima sólida é moída, sendo colocada na coluna extratora. Na coluna extratora, existem placas perfuradas para a livre circulação do fluido juntamente com o material a ser extraído. No caso em particular, o material a ser extraído pode ser óleos essenciais ou aromas. A mistura gasosa obtida sai do extrator por uma válvula de expansão, cuja função é diminuir a pressão do gás, e assim precipitando os aromas ou os óleos em um separador, e o gás(CO₂) é então admitido pelo compressor retornando para o extrator, e realizando um processo cíclico.[4]

 Vantagem

Como vantagens tem-se que por utilizar gases inertes e não tóxicos, são relativamente seguros, não agridem o meio ambiente, são gases em temperatura ambiente e etc. Sendo na maioria dos casos o dióxido de carbono. Por o fluido apresentar característica líquido-gasosa, este possui alta solvatação e alta difusão, otimizando assim a extração. Além disso, em relação ao processo a vantagem também está na manipulação dos parâmetros de operação como a temperatura e pressão[5].

Desvantagem

Como desvantagem, tem-se que por aplicar diversos equipamentos sofisticados, este tipo de extração se torna muito oneroso, devido aos custos dos equipamentos[5].

Aplicação

A extração supercrítica tem uma vasta aplicabilidade, podendo ser usada nos seguintes setores: Engenharia de Alimentos, na extração de corantes, aromas, extração e refino de óleos; Indústria Farmacêutica; Perfumaria e Industria de processamento químico.

 

Figura 3: Exemplos de corantes alimentícios. Google imagens.

Referencias

   [1]-   Carrilho, Emanuel, et al. Fluidos supercríticos em química analítica. I. Cromatografia com fluido supercrítico: Conceitos termodinâmicos Quim. Nova, Vol. 24, No. 4, 509-515, 2001.

   [2]-      Coelho, l. A. F., oliveira, j. V., pinto, j. C. Modelagem e simulação do processo de extração supercrítica do óleo essencial de alecrim. Ciênc. Tecnol. Aliment. Vol. 17 n. 4 campinas dec. 1997

   [3]-   Santos, Debora Nascimento. Extração com dióxido de carbono supercrítico e estudo da composição de sementes de pitanga(Eugenia uniflora L.). Dissertação de Mestrado. Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo. Pirassununga. São Paulo. 2012

   [4]-           Santos, Jaqueline C. dos. Extração com fluido supercrítico e suas aplicações na obtenção de produtos naturais. Trabalho de conclusão de curso de Farmácia. Universidade do Rio Grande do Sul. Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2011.

   [5]-            Maul, Aldo Adolar. Fluidos supercríticos. Revista Pesquisa. São Paulo. Pág. 42-46

Análise de Riscos na Indústria de Alimentos

    

       Atualmente a segurança dos alimentos, o controle da qualidade e da inocuidade dos alimentos deve ser realizado em toda a cadeia produtiva, desde a recepção da matéria-prima, processamento, armazenagem, distribuição, até o consumidor final, sendo assim é uma responsabilidade de todos os profissionais envolvidos nessas atividades, órgãos governamentais e também dos consumidores manter as condições dos alimentos seguras. 

        Com isso, a análise de risco possibilita o estabelecimento de padrões, diretrizes e de outras recomendações relacionados à segurança dos alimentos, colaborando para a proteção da saúde do consumidor e para todo setor produtivo. 

         A análise de risco é uma ferramenta para o processo de tomada de decisão sobre questões de segurança dos alimentos. Através de sua aplicação, são identificados os diferentes pontos de controle na cadeia produtiva, as opções de intervenções, os custos e benefícios de cada medida, permitindo o gerenciamento eficiente dos riscos (FAO & WHO, 2006).

PRINCÍPIOS DA ANÁLISE DE RISCO 

• A análise de risco é um processo estruturado, composto de três componentes: avaliação de risco, gerenciamento de risco e comunicação de risco. 
• Deve ser baseada em todos os dados científicos disponíveis, apresentar consistência, ser um processo aberto, transparente e totalmente documentado. 
• Quando novas evidências científicas forem encontradas após a conclusão da análise, é necessário reavaliá-la e, quando indicado, fazer modificações. 
• As incertezas e variabilidades devem ser consideradas e explicitadas claramente.

      Em uma matéria da USP que relata o professor Donald Schaffner, da Rutgers University, que falou sobre a análise de riscos na indústria alimentícia em uma palestra no I FoRC Symposium. Sua abordagem consistiu em usar a modelagem de risco para a resolução de problemas de segurança alimentar.

          Em uma de suas palavras ela disse que  “A primeira coisa que temos de ter em mente é que não existe risco zero. Se você está lidando com alimentos, haverá sempre um risco associado. Nesse contexto, quem advoga o risco zero ou é tolo ou mal intencionado”, postulou. Ele usou cases para exemplificar seus pontos de vista, um deles envolvendo um problema de Salmonela em pasta de amendoim. “Uma fabricante de doces dos EUA comprou pasta de amendoim da empresa errada. O produto se destinava à fabricação de um único doce, comercializado dentro de uma caixa de bombons em forma de coração, na época do Dia dos Namorados”. “A empresa usou um processo térmico no tratamento da pasta de amendoim, para torná-la apta a ser bombeada para dentro dos doces, e não pensando em combater Salmonela ou outras bactérias.” Ou seja: a efetividade do processo térmico era desconhecida, como também era desconhecida a sobrevivência da bactéria no pós-processamento.

        Ele explica que utilizou uma análise de risco como função matemática de dose resposta para calcular a probabilidade de uma pessoa adoecer quando exposta a uma determinada dose. “A função usada estimou que a probabilidade de adoecer ao consumir uma única célula é de 0,25%. Ou seja: a cada 400 pessoas que ingerem uma única célula, é esperado que uma fique doente. É quase uma loteria”, explica.

       Segundo ele, a avaliação de risco microbiana quantitativa pode ser uma ferramenta valiosa para ajudar companhias alimentícias e identificar hiatos de produção de dados. 

  Logo, baseado no relato podemos observar que nenhum dos riscos dos processos envolvendo alimentos não devem ser negligenciados. E que deve-se fazer uma análise de risco minuciosa procurando obter o máximo de detalhes além de utilizar as ferramentas da qualidade, estatísticas e baseadas nas normas dos órgãos regulamentadores da segurança dos alimentos.  

Obrigado pela leitura!

Referências 

http://www.usp.br/forc/noticia.php=Modelagem%20de%20an%C3%A1lise%20de%20riscos%20%C3%A9%20ferramenta%20valiosa%20para%20a%20ind%C3%BAstria%20de%20alimentos&noticia=21

Food and Agriculture Organization of the United Nations, World Health Organization. Food safety risk analysis. A guide for national food safety authorities. Rome: FAO; 2006

O uso da radiação na conservação de alimentos

Autor: Engenheiro de Alimentos, Ademar Lopes.

A radiação, é um processo físico, na conservação de alimentos, sendo de origem recente, e possui adeptos por ser um processo rápido que não deixa resíduos e por quase não elevar a temperatura interna do produto. No entanto apesar de ser aprovado o seu uso em mais de quarenta países, ainda há aspectos controversos que inibem a sua aceitação geral e o público consumidor sempre percebe o assunto radiação com receio.

Fonte: FAO

Após a Segunda Guerra Mundial, na década de 1950, as pesquisas sobre irradiação de alimentos foram intensificadas nos EUA. Em 1963, o governo norte-americano (FDA) aprovou a irradiação de trigo, farinha de trigo e toucinho. Em 1964, estendeu o uso em batata e cebola, para evitar a germinação. Durante os anos 80 a 90, vários países regulamentaram o uso de alimentos irradiados, inclusive o Brasil.

Radiações

·        Definições

ü Radiação é qualquer dos processos físicos de emissão e propagação de energia, seja por intermédio de fenômenos ondulatórios, seja por meio de partículas doadoras de energia cinética.

ü Radiação é a energia que se propaga de um ponto a outro no espaço ou num meio material.

A radiação eletromagnética, descoberta em 1888 por Heinrich R. Hertz, compreende um amplo espectro de freqüências, tais como: ondas de radio, as microondas, radiações infravermelhas, a luz visível, a ultravioleta, os raios X e os raios gama. Essas formas de energia diferem no comprimento de onda, freqüência, força de penetração e outros efeitos que podem exercer sobre os sistemas biológicos.

A ação da radiação sobre organismos vivos pode ter efeitos benéficos ou nocivos, dependendo da sua natureza ou intensidade. Por exemplo, a luz UV induz a conversão de ergosterol em vitamina D, fator essêncial para o deposito de cálcio nos ossos em crescimento. A exposição prolongada ou repetida de UV pode levar ao desenvolvimento de câncer de pele. De maneira geral, pode-se afirmar que no espectro existem dois tipos de radiações: a calórica e a ionizante. As radiações de baixa freqüência como as ondas elétricas, sonoras, ondas de radio e infravermelho, baseiam-se no movimento eletrônico e molecular para originar calor, sendo essa a calórica.

Radiações Ionizantes

         As radiações ionizantes são radiações de alta freqüência, capazes de quebrar ligações químicas quando absorvidas pelos alimentos, podendo ocasionar a formação de íons, daí, serem chamadas ionizantes. Os produtos da ionização podem ser eletricamente carregados (íons) ou neutros (radicais livres). Essas reações causam alterações no material irradiado, conhecidas como radiólise. São essas reações que causam a destruição de microorganismos, insetos e parasitas durante a irradiação de alimentos. Elas são escolhidas pela intensidade de penetração e impossibilidade de produzir radioatividade nos alimentos tratados.

          Entre as radiações ionizantes estão incluídas as radiações alfa, beta e gama, raio X e ultravioleta. As radiações desejáveis são aquelas que possuem bom poder de penetração de modo que possam atuar sobre os microorganismos e enzimas, não só na superfície, mas também no interior do alimento.

         A unidade de radiação mais usada hoje em dia é o Gray (Gy), definido como a absorção de um Joule de energia por quilograma de alimento irradiado. O Gray equivale a 100 rads, na pratica usa-se kGy.

Legislação e Segurança de Uso.

         O ministério da Saúde publicou sobre alimentos irradiados o Decreto nº 72.718, de 29 de agosto de 1973, a Lei nº 7.394 de 29 de outubro de 1985 e a Resolução RDC nº 21, de 26 de janeiro de 2001.

A RDC nº 21 define:

·        As fontes de radiação são aquelas autorizadas pela Comissão Nacional de Energia Nuclear, a saber:

1.     Isótopos radioativos emissores de radiação gama: cobalto -60 e césio -137;

2.     Raios X gerados por maquinas que trabalham com energias de ate 5 Mev; e

3.     Elétrons gerados por maquinas que trabalham com energias de ate 10 Mev.

·         Na rotulagem dos alimentos irradiados o painel principal deve conter a frase “ alimento tratado por processo de irradiação”, com determinado tamanho de letras.

·        A mesma informação deve estar nos locais de exposição à venda de produtos irradiados, a granel.

A segurança de uso dos alimentos irradiados tem sido discutidas, e entidades reconhecidas internacionalmente, como CAC(codex alimentarius commission, 1983), FDA(Food na Drug Administration, USA, 1986) e entres outros, tem afirmado que alimentos irradiados, abaixo de 10 kGy são seguros.

Radiações Ionizantes na conservação de alimentos

         Na irradiação de alimentos deseja-se utilizar radiações que tenham boa penetração e possam atingir todos os pontos no interior do produto a ser irradiado. Por outro lado, não se deseja utilizar radiações com alta energia, como os nêutrons, pois adicionalmente, poderiam tornar o alimento radioativo. Das radiações ionizantes, somente os raios gama e as partículas beta apresentam interesse na conservação de alimentos.

         Os raios gama são obtidos de equipamentos que possuem uma fonte de isótopo de alta energia, a partir do cobalto-60 ou césio -137. Como a fonte de isótopo esta continuamente irradiando e não pode ser desligada, ela é mantida blindada em um tanque de água, localizada abaixo da área de processo. Quando em funcionamento, a fonte é elevada e o alimento embalado é carregado em esteiras transportadoras automáticas que o levam através do campo de irradiação em uma rota circular. Garantindo assim a uniformidade da dose. Ver figura abaixo.

        

Fonte: Fellows, 2006.

A dose de irradiação a ser aplicada depende da resistência dos microorganismos e enzimas, do tipo de alimento e do objetivo a ser alcançado. O DL₅₀(dose de radiação que destrói 50% da população) do homem é de aproximadamente 5 Gy (500 rads). Os tipos de processos de irradiação podem ser divididos pelo objetivo do tratamento e dose utilizada em:

1. Radapertização: processo que equivale à esterilização térmica obtendo produtos comercialmente estéreis que podem ser estocados em temperatura ambiente. Uma dose de 48 kGy é necessária para se obter uma redução de 12 D de Clostridium botulinum, porém ocasiona mudanças sensoriais muito fortes, na carne por exemplo, o que torna o processo com pouco interesse comercial.
2.  Radiciação: equivalente a pasteurização, empregando doses de 2,5 a 10 kGy, suficientes para reduzir o número de microorganismos viáveis, eliminando patógenos não formadores de esporos, como Salmonella spp.
3.  Radurização: processo similar à pasteurização, mas com doses relativamente baixas (1 a 2,5 kGy) para destruição de leveduras, bolores de bactérias não esporulantes, aumentando a vida útil do alimento irradiado. É muitas vezes empregada em associação com outros processos de conservação, como a refrigeração.
4.  Controle de amadurecimento: alguns tipos de frutas e hortaliças (morango, tomate) podem ser irradiadas para prolongar a sua vida útil ou de prateleira em duas a três vezes. Cogumelos, quando irradiados com doses de 2 a 3 kGy, podem dobrar a sua vida útil.
5. Desinfestação: doses baixas, inferiores a 1 kGy, são eficazes contra insetos e larvas infestando grãos e frutas.
6. Inibição de brotamento: tem sido utilizada comercialmente em batata, cebola e alho com doses baixas (150 Gy).

Efeitos das radiações sobre microorganismos, enzimas e valor nutricional/sensorial.

         Os íons reativos produzidos pela irradiação de alimentos danificam ou destroem os microorganismos imediatamente, alterando a estrutura da membrana celular e afetando a atividade de enzimas metabólicas. Todavia, o efeito mais importante é no DNA e nas moléculas do RNA no núcleo das células, necessárias para o crescimento e replicação. Os efeitos da irradiação somente se tornam aparentes após um período de tempo, quando a dupla hélice do DNA não consegue desenrolar-se e o microorganismo não consegue reproduzir-se por meio de divisão nuclear.

Fonte: Global Food

         O Clostridium botulinum é o microorganismo mais resistente à irradiação entre aqueles importantes em alimentos. Conforme em termobacteriologia, defini-se D_M­ ou D₁₀ como a dosagem de radiciação que reduz uma população em 90%. O valor de D_M­ ou D₁₀ do Clostridium botulinum é 4 kGy, significando a necessidade de aplicar 48 kGy para um tratamento 12 D.

         Dentre as bactérias consideradas mais sensíveis à irradiação estão incluídas a enterobactérias, especialmente as dos gêneros Escherichia, Enterobacter e Salmonella, que podem ser destruídas com a incidência radioativa abaixo de 5 kGy.

         Os fungos também possuem baixa resistência à irradiação, sendo 2 a 5 kGy suficientes para inativalos.

         Insetos e parasitas requerem doses mais baixas, entre 0,2 e 0,3 kGy.

         Os valores de  D₁₀ em kGy, de alguns microorganismos são: Staphylococcus aureus = 0,36 a 0,45; Escherichia coli = 0,24 a 0,38; Listeria monocytogenes = 0,45; e Samonella spp = 0,38 a 0,77.

         As enzimas são bem mais resistentes às radiações ionizantes do que os esporos bacterianos. Os valores de D_E (inativação de 90% da atividade enzimática) são da ordem de 50 kGy, bem alto, exigindo doses de 200 kGy para uma boa inativação de enzimas, o que afetará consideravelmente os constituintes dos alimentos. Por isso, faz-se sempre a inativação de enzimas pelo branqueamento ou pelo uso de certas substancia químicas.

         Em geral, os macronutrientes (proteínas, lipídios e carboidratos) e minerais não são afetados consideravelmente pela irradiação. Os lipídios sofrem um pouco, mais com a auto-oxidação, produzindo hidroperoxidos e resultando em sabores e odores indesejáveis.

         As vitaminas são mais sensíveis ao tratamento com irradiação em altas doses, principalmente as vitaminas E e B1.

          As alterações sensoriais dos alimentos irradiados são relacionadas com a dose aplicada e conforme o tipo de alimento, mas alguns são candidatos a alterações, como off-odor e mudanças do sabor, aroma e textura. Leite, carne, queijo, ovos e algumas frutas são mais propensos a tais alterações.

Fonte: Blog Radiologia

Referencias Bibliográficas

   [1]-            Fellows, P. J., Tecnologia do processamento de alimentos: princípios e prática, 2 ed., Porto Alegre: Artmed, 2006.

   [2]-            Gava, Altanir Jaime, Silva, Carlos Alberto da, Frias, Jenifer R. G., Tecnologia de alimentos: princípios e aplicações, São Paulo: Nobel, 2008.

(Matemática + Microbiologia)! A Microbiologia preditiva na Indústria de Alimentos

      A microbiologia preditiva tornou-se um campo importante na pesquisa em segurança dos alimentos e é uma ferramenta para avaliar e gerir os riscos. A atuação severa das indústrias no combate a contaminação dos alimentos tanto na exposição dos consumidores aos patógenos, na deterioração dos produtos diminuindo a sua qualidade, quanto na elaboração de produtos a partir da atividade microbiana (metabólitos ou células de interesse industrial).

      Inicialmente nesta perspectiva vamos apresentar alguns conceitos que irão auxiliar no entendimento do assunto:

Fonte: Food Safety

• Segurança alimentar: Este conceito esta relacionado com o direito da população ao acesso regular e permanente a alimentos de qualidade, em quantidade suficiente, sem comprometer as necessidades essenciais.

• Segurança dos Alimentos (Food Safety): Consiste na prática de medidas que levam ao controle de agentes que possam promover risco à saúde do consumidor ou coloque em risco a sua integridade física. De forma simplificada é a garantia de qualidade do produto desde o campo até a mesa do consumidor.

• Microbiologia dos alimentos: é a parte da microbiologia que trata dos processos nos quais os microrganismos influenciam nas características dos produtos de consumo alimentício humano ou animal. Por conseqüência, incorpora aspectos da ecologia microbiana e de biotecnologia para a produção de produtos de interesse industrial, uma vez que os Microrganismos podem ser tanto, agentes de deterioração dos alimentos e patogênicos transmitidos por alimentos, quanto produtores de alimentos.

Fonte: Centro científico

      O comportamento das populações microbianas é determinado pelas características dos alimentos como atividade de água, potencial redox e pH, além das condições de armazenamento, como temperatura, umidade relativa e atmosfera. A microbiologia preditiva está baseada na hipótese de que os efeitos dessas propriedades podem ser previstas por modelos matemáticos derivados de estudos quantitativos, o que torna a microbiologia preditiva uma área promissora da microbiologia de alimentos. As vantagens dos modelos preditivos são inúmeras e incluem avaliar a validade comercial, eficiência da higiene durante o processamento e distribuição de alimentos, determinar o efeito dos problemas nas condições de armazenamento e predizer sua segurança microbiológica. Resposta microbiana a fatores ambientais como a temperatura é possivelmente ser modelada matematicamente, conhecendo-se o comportamento microbiano nas faixas estudadas como na figura acima, onde pode-se prever o comportamento e determinar as melhores condições de trabalho e o número de células que irão comprometer o produto.

Fonte: TecnoAlimentar

    Logo, através da microbiologia preditiva pode-se estimar as melhores condições ambientais para produção de um produto de interesse como, iogurtes queijos, bebidas alcoólicas, enzimas entre outros. Ou prever parâmetros para inativação de microrganismos patógenos ou deteriorantes como exemplo na equação e na figura abaixo:

Onde,

A velocidade de crescimento (Mi máx), depende da Temperatura(T), pH, Atividade de água (aw) e Concentração de CO2.

Fonte: Koseki e Isobe, 2005.

Na figura, pode-se observar que o crescimento da E.coli O157:H7, um microrganismo patógeno, em diferentes temperaturas e identifica-se que para temperaturas de refrigeração, mais especificamente menor ou igual  a 8°C o crescimento deste microrganismo é inibido. Levando a percepção prática que um alimento sendo mantido a esta faixa de temperatura provavelmente não apresentará  perigo ao consumidor.

Obrigado pela leitura pessoal!

Bibliografia consultada:

https://foodsafetybrazil.org/seguranca-alimentar-x-seguranca-de-alimentos-duvidas/

Koseki S., Isobe S.,Int J Food Microbiol. 2005 Oct 25;104(3):239-48. Epub, 2005.

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AUTOR:
JOÃO PEDRO FERREIRA
Mestrando em Engenharia de Alimentos - UFSC 
Engenheiro de Alimentos - UFRPE-UAG 

White Belt - Six Sigma
Técnico em Agroindústria - IFPE