1

TRATAMENTO TÉRMICO DO LEITE

Neste capítulo são estudados os tratamentos térmicos aplicados na conservação do leite e as alterações que ocorrem em decorrência destes processos Os processos mais comumente utilizados são: pasteurização e esterilização O grau de aquecimento não modifica somente a flora bacteriana. Altera também, um pouco, a composição e estrutura do produto

Efeitos do calor sobre a composição e o equilíbrio físico-químico

Sobre as gordurasSobre as proteínasSobre a lactoseSobre os sais mineraisSobre as enzimasSobre as vitaminasSobre a flora microbiana banal

Ação do calor sobre as gorduras

Para ocorrerem modificações apreciáveis na composição das gorduras é necessário atingir temperaturas muito altas

A estrutura dos glóbulos graxos é modificada inclusive quando submetidos a temperaturas relativamente baixas

Ação do calor sobre as gorduras

Acima de 65oC, os componentes protéicos da membrana são desnaturados e a totalidade dos glicerídeos passa ao estado líquido

Toda gordura se funde e a subida da nata édificultada devido à desnaturação das aglutininas superficiais dos glóbulos

Ação do calor sobre as gorduras

A separação dos glóbulos de gordura é uma função da intensidade do tratamento térmico Leite aquecido a 62oC por 30 minutos não apresenta modificações no comportamento dos glóbulosAo contrário, um leite aquecido a 65oC por 10 minutos já apresenta

2

Ação do calor sobre as proteínas

As proteínas solúveis são desnaturadas de maneira irreversível a partir de 60 oC durante alguns minutos.

As imunoglobulinas são menos termoestáveis89% é destruída a 70 oC por 30 minutosseguida da lactoglobulina (32%) e lactoalbumina (6%)

Ação do calor sobre as proteínas

O aquecimento libera grupos –SH, procedentes de aminoácidos sulfonados (cistina e cisteína) Formam-se compostos sulfonados e substâncias redutoras que são oxidadas pelo oxigênio atmosférico Sabor a cozido do leite deve-se a essa liberação de grupos –SH

Ação do calor sobre as proteínas

A presença de substâncias redutoras protege a gordura da oxidação. Por isso, recomenda-se o aquecimento do leite ao abrigo do ar A caseína pura não é alterada a temperaturas inferiores a 100oC O aquecimento altera o equilíbrio existente entre as micelas de fosfocaseinato e os sais minerais solúveis Transformação parcial do cálcio em fosfato tricálcico(insolúvel)

Ação do calor sobre a lactose

O leite deve ser aquecido por um longo período a temperaturas superiores a 100oC para que ocorra a decomposição da lactose Outros mecanismos :Reação de Maillard

Reação entre os grupos amino livres das proteínas e a lactoseFormação de compostos escuros (melanoidinas)

Ação do calor sobre a lactose

Estas transformações alteram o valor nutritivo do leite. Certos aminoácidos, indispensáveis, especialmente a lisina, ficam bloqueados em complexos lactose-proteína, o qual nenhuma enzima digestiva é capaz de dissociar.

A intensidade da reação de Maillard é fraca quando o leite é aquecido a altas temperaturas por tempos reduzidos

Ação do calor sobre os sais minerais

O equilíbrio mineral do leite é modificado rapidamente não só pela ação direta do calor sobre os sais, como também pela perda de CO2

Este empobrecimento do leite em sais de cálcio solúvel detectado a partir dos 65 oC, dificulta a coagulação pelo coalho Quando se atinge temperaturas de esterilização acima de 100 oC, também precipitam os citratos de cálcio e magnésio

3

Ação do calor sobre as enzimas

A maioria dos testes utilizadas industrialmente para determinar o grau de aquecimento do leite baseiam-se na destruição térmica das enzimas

Exemplos:fosfatase alcalina - aquecimento instantâneo a 75 oCé suficiente para inativação aldeído redutase é necessária aplicação de 80-82 oCdurante poucos segundos. As lípases microbianas são destruídas a temperaturas em torno de 85-90 oC.

Ação do calor sobre as vitaminas

O calor por si mesmo não destrói as vitaminas quando são mantidos os limites de temperatura que caracterizam os métodos atuais O oxigênio é o principal responsável pela destruição das vitaminas O aquecimento a 100-110 oC, sem contato com o ar, conserva integralmente as vitaminas, inclusive a vitamina C Alguns metais, como o cobre, favorecem a destruição, pelo calor, da vitamina C

Ação do calor sobre a flora microbiana banal

A aplicação de temperaturas superiores a 60oC por alguns minutos provoca a destruição da maioria dos microrganismos que constituem a flora banal do leite Certos microrganismos (micrococcus, estreptococcus e alguns bacilos) podem resistir a este tratamento

Ex. Streptococcus termophilus que se desenvolve entre 45 e 60 oC

Ação do calor sobre a flora microbiana banal

As formas esporuladas das bactérias e dos fungos somente serão destruídas a temperaturas superiores a 100 oC 16O efeito germicida, assim como as mudanças físico-químicas e sensoriais do leite, como resultado do aquecimento, dependem essencialmente dos seguintes fatores:

temperatura e tempo de aquecimento;tipo e quantidade de microrganismos;pH do leite;velocidade de transmissão de calor no equipamento.

TRATAMENTO TÉRMICO

Os tratamentos térmicos utilizados nos processos de conservação na indústria de laticínios são: Termização,Pasteurização (lenta e rápida)UltrapasteurizaçãoEsterilização

Termização

O processo de aquecimento do leite a temperaturas inferiores a de pasteurização irá inibir temporariamente o crescimento de microrganismos.No processo o leite é aquecido a 63 - 65 oCdurante 15 segundos

4

UltrapasteurizaçãoO processo é utilizado quando deseja-se prolongar a vida de prateleira do produto (30-40 dias)

Temperaturas na faixa de 135 - 150 oC por um período de 2 a 8 segundos garantem um efeito germicida de 99,9%

EsterilizaçãoA esterilização do leite e dos produtos lácteos tem como finalidade a destruição de todos os microrganismos capazes de se desenvolver nestes produtos. No processo comercial de UHT (Ultra High Temperature) o produto é aquecido 135 - 140oC por alguns segundos.Dois métodos alternativos ao tratamento UHT são utilizados:

i) aquecimento indireto resfriamento em trocadores de calor e ii) aquecimento direto por injeção de vapor e resfriamento por expansão

PasteurizaçãoPor definição o leite pasteurizado é aquele submetido a um tratamento térmico específico, por um tempo determinado, para eliminar a bactéria Mycobacterium tuberculosis, sem, contudo alterar de forma considerável sua composição, sabor e valor nutritivo.

A pasteurização não destrói todos os microrganismos presentes no leite.

A pasteurização não corrige os defeitos do leite, apenas ajuda a conservar suas propriedades naturais, já que destrói 99% dos microrganismos e inativa enzimas.

Pasteurização

Métodos de pasteurização pasteurização lenta

leite é aquecido a 63 oC durante 30 minutos, com agitação constante em equipamento adequado. Este sistema não modifica de forma considerável as propriedades do leite e mantém seu valor nutritivo

pasteurização rápidaleite é aquecido a 72oC durante 15 segundos. O método é mais rápido e continuo, mas modifica ligeiramente as propriedades do leite

5

Modificações químicas

coagulação de pequenas quantidades de albumina e globulina;precipitação reduzida de sais; o índice de –SH é pouco reduzido devido a liberação de CO2;algumas vitaminas são modificadas;Fosfatase alcalina é inativada.

Desvantagens do método rápido

não é adequado para processar pequenas quantidades de leite e subprodutos;

a adição de vitaminas é um pouco mais difícil;

o custo do resfriamento é um pouco mais alto que no método lento.

Vantagens do método rápido Equipamentos ocupam pouco espaço em relação ao volume que processam;Apresenta grande capacidade de processamento e facilidade expansão;Facilidade de limpeza e esterilização mecânica;Controle automático do processo por meio de uma bomba positiva e válvulas pneumáticas operadas por controles térmicos para assegurar a temperatura e o tempo de exposição do leite;Não destrói as vitaminas e não precipita albumina de forma considerável;Destrói 99,5% dos microrganismos presentes no leite cru;

Vantagens do método rápidoMétodo econômico;Não exige pessoal permanentemente para acompanhar o processo; Fornece um melhor sabor ao leite; Não há multiplicação de bactérias termofílicas durante o processo; Perda de leite é menor;O processo fechado favorece a retenção de vitamina C;O envase pode começar quase simultaneamente com o início da pasteurização

Equipamentos de pasteurização

Uma instalação de pasteurização compõe-se invariavelmente de três equipamentos uma unidade de aquecimento e outra de refrigeraçãopode-se adicionar um trocador –recuperador de calor

Fatores que afetam a quantidade de calor transmitida

A coeficiente de transmissão de calor pela parede;superfície da parede;diferença de temperatura entre o leite e o fluido; grau de limpeza ( uma camada de gordura ou caseína coagulada reduz bastante o coeficiente de transmissão de calor da parede)

6

Requisitos que devem ser cumpridos por um pasteurizador

garantir a homogeneidade do aquecimento á temperatura escolhida para que realmente tenha-se o efeito bactericida desejado, e, para que o leite não sofra modificações por superaquecimento;respeitar o máximo a estrutura e composição do leite, evitando o desprendimento de CO2, oxidação das vitaminas;permitir a limpeza rápida e completa de todas as superfícies em contato como o leite, com o objetivo de impedir contaminações após o aquecimento;ser econômico;ser pouco volumoso para facilitar sua instalação.

Equipamentos da pasteurização lenta

São cubas com paredes duplas.Um agitador mistura o leite para aumentar a troca de calor. Deve-se evitar a formação de espuma para que os microrganismos não fiquem protegidos pela ação do calor. O leite é aquecido a 63 oC e mantido a esta temperatura por 30 minutos

Vantagens facilidade de limpeza; respeita a composição e estrutura do leite.

Equipamentos da pasteurização lenta

Desvantagens ocupa muito espaço;tempo de aquecimento;desprendimento de CO2;possível oxidação de vitaminas.

Equipamentos da pasteurização rápida

São equipamentos de funcionamento contínuo. tipos i) pasteurizadores tubulares: o leite circula no interior

dos tubos onde é aquecido por água em contracorrente.

ii) pasteurizadores de placas: consistem fundamentalmente de uma série de placas onduladas ou com estrias, retangulares, de disposição geralmente vertical, unidas entre si por juntas e dispostas em um suporte

Comprovação do processo

Para se assegurar que o processo de pasteurização foi realizado corretamente, se realizam uma série de provas de controle.

Em uma delas, a presença da enzima fosfatase alcalina indica uma pasteurização insuficiente. Caso a enzima for detectada deve-se checar se o processo de aquecimento.

CÁLCULOS PARA DETERMINAR TEMPOS E TEMPERATURAS DO PROCESSO

A uma determinada temperatura a destruição dos microrganismos pode expressar-se mediante a equação:

NN

LogDtF o.)( =

7

N = número de microrganismos que permanecem após um tempo de processamentoNo = número de microrganismos no tempo t=0F(t) = tempo de aquecimento a uma determinada temperatura em minutosD = Tempo necessário para destruir 90% dos microrganismos presentes no produto.

NNLogDtF o.)( =

Quanto maior é No, ou seja, quanto maior éa contaminação inicial, maior é o tempo de aquecimento necessário para destruir os microrganismos. Quanto maior é o D, mais resistentes são os microrganismos e é necessário mais tempo para destruí-los.

NNLogDtF o.)( =

O valor de D depende dos microrganismos presentes no produto e da temperatura. A relação de D e as temperaturas é a seguinte

( )ZTT

DD

Log oo −=

Do e D são os tempos de destruição de 90% dos microrganismos a temperatura To e T, respectivamente.Um valor de D a 72°C de 1 significa que para cada minuto de processamento à 72°C a população do microorganismo escolhido será reduzida em 90%.

Z é o aumento de temperatura necessária para diminuir em 90% no tempo de destruição térmica D expresso em oCmudança necessária de temperatura exigida para mudar D por um fator de 10.

Valores de D e Z

10,531s 121,1Mesófilos na nata 30% gordura

10,511s121,1Mesófilos do leite

10,525s121,1Termófilos do leite

100,1 a 1,5 min121,1Clostridium sporogenes

100,2 min121,1Clostridium botulinum

6,70,57s82,2Lactobacillus

6,70,378s82,2Staphilococucus spp.

6,70,192s82,2Salmonela sp.

5,60,018s82,2Mycobacterium tuberculosis

Z (oC)DT (oC) * Microrganismo Considerando que os produtos atingem imediatamente as temperaturas de pasteurização ou de esterilização, o tempo de aquecimento é calculado pela relação:

ZTT

oo

Ft −=

1

10

8

Fo = Valor letal desejado (correspondente ao tempo calculado para temperatura de referência)

T1 = temperatura de pasteurização ou esterilização

To = Temperatura de referência correspondente a D

Exemplos

Um leite cru na planta de processo tem população bacteriana de 4x105/ml e seráprocessado à 79°C durante 21 segundos. O valor de D à 65°C para a população é 7 min. O valor de Z é 7°C.A - Quantos microrganismos permanecerão após a pasteurização? B - Quanto tempo seria necessário à 65°C para obter o mesmo grau de letalidade?

Determine o tempo de pasteurização do leite a 62,8°C. O valor de F utilizado a 65,6°C é de 9,0 e z = 5°C

Para um determinado processo de pasteurização em um trocador tubular temos que F(t)=9,0min e D = 0,6 min. Determine a redução no número de células viáveis nestas condições. Para estas condições Z= 5°C e a temperatura do processo é de 65,5 °C