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Spray drying na indústria de laticínios

POR INOVALEITE UFV

INDÚSTRIA

EM 19/02/2014

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Isabelle Cristina Oliveira Neves; Larissa Beatriz Oliveira Neves; Vinícius Mendanha Valicente; Thais Barbosa Mariz; Moisés Simeão; Paulo Rodrigues Henrique Júnior; Antônio Fernandes de Carvalho; Ítalo Tuler Perrone
INOVALEITE - Laboratório de Leite e Derivados - DTA - UFV


Introdução e breve histórico

A secagem dos líquidos por atomização ou pulverização, frequentemente chamada de secagem por atomização ou “spray drying”, consiste em dispersar o produto a ser seco sobre forma de pequenas gotículas em uma corrente de ar quente de maneira a obter um pó. Quando um alimento é colocado em uma corrente de ar com baixa umidade relativa (pressão de 1554 Pa) e elevada temperatura (em média 200ºC), é formada espontaneamente uma diferença de temperatura e pressão parcial de água entre o alimento e o ar, resultando uma transferência de energia na forma de calor do ar para o produto e uma transferência de água do produto para o ar, sendo que o ar em contato com a partícula láctea atomizada possui temperatura de 45ºC e pressão de 9583 Pa (SCHUCK et al., 2010). De acordo com Schuck (2009), as pequenas gotículas formadas e a grande área superficial das mesmas resultam em uma rápida evaporação da água a uma temperatura relativamente baixa, minimizando os danos térmicos ao produto.

Os parâmetros de atomização influenciam importantes propriedades dos pós, como densidade, formato, distribuição de tamanho, quantidade de ar ocluso e o teor final de umidade. Desta forma, segundo Schuck et al. (2012), as funções básicas da atomização são proporcionar uma elevada taxa de evaporação e produzir partículas com formato, tamanho e densidade com magnitudes controladas e desejadas. Ao se empregar atomizadores centrífugos, as rotações do disco variam entre 10000 e 20000 por minuto e a pressão nos bicos varia entre 17 MPa a 25 MPa (SKANDERBY et al., 2009). Desta forma, pequenas partículas com tamanho uniforme são obtidas, tendo diâmetro variando entre 20 μm e 150μm (WESTERGAARD, 2004).

Na indústria de laticínios a secagem em spray dryer é largamente empregada para a produção de ingredientes lácteos com custos de processamento comercialmente viáveis, apresentando custo de evaporação dez vezes inferior ao processo de liofilização (SCHUCK, 2013).

A tecnologia de secagem do leite é empregada industrialmente desde o inicio do século XX. A primeira menção do processo de secagem por spray é de 1865, sendo relativa ao processamento de ovos. Em 1901, Stauff patenteou um método para a secagem por spray de sangue e leite, na qual empregava um atomizador de bico e uma placa perfurada para dispersão do ar. As primeiras aplicações industriais da secagem por spray datam da década de 1920 e são relativas às indústrias de detergentes e lácteas (MASTERS, 2002).

Desenvolvimento dos equipamentos

A secagem por atomização iniciou-se com uma torre de simples estágio. Nesta configuração, o tempo de estadia na câmara é muito curto, não possibilitando assim, um equilíbrio real entre a umidade das partículas e do ar. Assim, a temperatura de saída do ar é eleveda e o rendimento térmico baixo (SCHUCK, 2009; MASTERS, 2002). Na torre se secagem de dois estágios, o tempo de secagem é mais longo, e que resulta em maior proximidade às condições de equilíbrio termodinâmico (WESTERGAARD, 2004; MASTERS,2002). A secagem de três estágios ou MSD (MultiStagedrying) que utiliza o princípio de fluidização associado à de atomização. Isso resulta em redução de custos e melhoramento de performance das instalações. (CARIC et al., 2009; WESTERGAARD, 2004; MASTERS, 2002). Nesta configuração, a temperatura de entrada pode ser mais elevada, quando comparada às outras técnicas, sendo que a temperatura de saída é mais baixa. Estas condições, associadas ao maior tempo de residência na câmara, possibilitam que as partículas em desidratação aproximem-se do equilíbrio termodinâmico com o meio, gerando uma melhora na qualidade do nível de aglomeração, da solubilidade e molhabilidade (SKANDERBY et al., 2009; PISECKÝ, 1997).

Existem outras instalações de secagem para produtos com características peculiares (WESTERGAARD, 2004; MASTERS, 2002). Além disso, estudos a respeito do tempo de residência estão sendo realizados para proporcionar melhores condições de processamento e controle das características do pó final (PARISOT & REMOND, 2012).

Aplicações clássicas

A utilização de produtos lácteos desidratados está atualmente presente na alimentação humana, podendo-se citar o leite em pó que já é um membro garantido nas refeições de grande parte da população. Mais recentemente, outros produtos estão sendo desenvolvidos e diversas pesquisas estão sendo realizadas a fim de incorporar aos produtos existentes características funcionais e nutricionais. Desataca-se também o melhoramento de tecnologias alternativas que visam o aproveitamento de energia, por meio da utilização de coprodutos anteriormente descartados. Neste contexto, enxerga-se na atomização do soro de queijo, um processo promissor.

O aproveitamento do soro confere maior rentabilidade ao processo de fabricação de queijos. Este coproduto pode ser utilizado na forma de lactose, soro em pó, concentrados protéicos, isolados protéicos, dentre outros (JOHNSON & LUCEY, 2006). Entretanto, sua secagem é desafiadora devido ao comportamento destes produtos durante a secagem e armazenamento. O soro em pó tende a absorver água do ambiente, o que causa aglomeração de suas partículas (HYND, 1980). A fim de minimizar os efeitos da cristalização da lactose nos produtos desidratados, outras substâncias são conjuntamente utilizadas, como por exemplo, a maltodextrina, com a capacidade de aumentar a temperatura de transição vítrea da matriz láctea. A cristalização da lactose no soro concentrado após a evaporação a vácuo é o mecanismo mais empregado para minimizar a quantidade de lactose amorfa nos produtos e consequentemente aumentar a sua estabilidade durante o armazenamento (PERRONE, PEREIRA & CARVALHO, 2011).

Inovações

O uso de hidrolisados proteícos com atividade biológica específica para formulação de alimentos nutracêuticos (para atletas, idosos, etc) é de grande interesse pelas indústrias alimentícias (CHEN, REMONDETTO & SUBIRADE, 2006). Contudo, os hidrolisados proteicos possuem gosto amargo e alguns ainda são altamente higroscópicos e reativos, limitando suas aplicações.

A recorrência ao microencapsulamento tem sido frequente para evitar tais problemas, dentre outros também, como a aplicação de ingredientes, aditivos nos alimentos, controle da liberação de sabor e a redução da volatilidade, higroscopcidade e reatividade, aumento da estabilidade de produtos sob condições ambientais adversas (BRANNON-PEPPAS, 1993).

O Spray Dryer é um dos métodos mais usados para microencapsulamento, permite o uso de diversos carreadores e gera produtos finais com boa estabilidade, devido à ampla disponibilidade do equipamento, ao baixo custo de processamento, possibilidade do uso de grande variedade de carreadores e boa estabilidade do produto final (REINECCIUS, 1989).

O microencapsulamento de hidrolisados de caseína, obtido por meio da técnica de spray drying, usando isolado protéico de soja combinado com gelatina bovina como materiais carreadores permite ampla aplicação, uma vez que o produto final é compatível tanto com água, quanto com óleo. A redução do gosto amargo e da higroscopcidade e aumento da Tg (temperatura de transição vítrea) também são vantagens do uso dessa técnica (FAVARO-TRINDADE, 2010).

Bibliografia

BRANNON-PEPPAS, L. Controlled release in the food and cosmetics industries. In Polymeric delivery systems: properties and applications. 1993, p. 42–52.

CARIC, M. et al. Technology of evaporators, membrane processing and dryers. In: TAMINE, A. Y. Dairy powders and concentrated products. 1 ed. Ayr: Wiley-Blackwell, 2009. P. 99-148.

CHEN, L.; REMONDETTO, G. E.; SUBIRADE, M. Food protein-based materials as nutraceutical delivery systems. Trends in Food Science&Technology, 2006, 17(5), 272–283.

FAVARO-TRINDADE, C. S.; SANTANA, A. S.; MONTERREY-QUINTERO, E. S.; TRINDADE, M. A.; NETTO, F. M. (2010) The use of spray drying technology to reduce bitter taste of casein hydrolysate. Food Hydrocolloids 24, 336–340.

HYND, J. Drying of whey. Journal of the Society of Dairy Technology. Wembley, v. 33, n. 2, p. 52-55. 1980.

JOHNSON, M. E.; LUCEY, J. A. Major Technological Advances and Trends in Chesse. Journal of Dairy Science. Ohia, v. 89, p. 1179-1188. 2006.

MASTERS, K. Spray Drying in Practices. Denmark: SprayDryConsult International ApS, 2002. 464 p.

MASTERS, K. Spray Drying. 6th ed. England: Longman Scientific & Technical and Jonh Wiley & Sons Inc. New Yok, 2002, 725 p.

PARISOT, C; REMOND, B. Residence time distribution: a new approach for the design of dairy evaporators. In: International Symposium On Spray Dried Products, 5., 2012, Saint Malo: INFRA, 2012. P. 29-30.

PERRONE, I. T.; PEREIRA, J. P. F.; CARVALHO, A. F. Aspectos Tecnológicos da Fabricação de Soro em Pó: Uma Revisão. Revista Instituto Laticínio Cândido Tostes. N 380 (66), p. 23-30. 2011.

PISECKÝ, I. J. Handbook of milk powder manufacture. Copenhagen: Niro A/S, 1997. 261 p.

REINECCIUS, G. A. Flavor encapsulation. Food Review International. 1989, 5(1), 146–176.

SCHUCK, P. Understanding the factors affecting spray-dried dairy powder properties and behavior. In: CORREDIG, M. Dairy-derived ingredients. 1 ed. Boca Raton: CRC, 2009. Cap. 2, p. 24-50.

SCHUCK, P.; JEANTET, R.; CARVALHO, A. F. Cristalização da lactose e secagem de soro. Curso ministrado na Disciplina TAL 795 Ciência e tecnologia de leite e derivados Universidade Federal de Viçosa, 2010.

SCHUCK, P.; DOLIVET, A.; JEANTET, R. Analytical methods for food and dairy powders. Chichester: Wiley-Blackwell, 2012. 248 p.

SCHUCK, P. et al. Spray drying of dairy bacteria: New opportunities to improve theviability of bacteria powders. International Dairy Journal, Oxford, v.31, n.1, p.12-17, 2013.

SKANDERBY, M. et al. Dried Milk Products In: TAMINE, A. Y. Dairy powders and concentrated products. 1 ed. Chichester: Wiley-Blackwell, 2009. Cap. 5, p. 99-148.

WESTERGAARD, V. Milk powder technology – Evaporation and spray drying. Copenhaguen: Niro A/S, 2004. 337 p.


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CARLOS VINICIUS

JUIZ DE FORA - MINAS GERAIS - INDÚSTRIA DE LATICÍNIOS

EM 25/04/2014

Poderia ter adicionado a importancia da concentração do leite ou soro antes da secagem, que geralmente é feita em Evaporadores a vacuo, TVR ou MVR. O grau de concentração pré secagem influencia na densidade, e eficacia da produção por exemplo.
Vale informar tmb que a temperatura do produto antes de ser atomizado nas camaras influencia muito na pressão negativa da camara e na perda de processo seja por ciclones ou filtro de manga...

Bom informativo, mas poderia ser bem mais completo, visto que esta assinado pela UFV