Aquecimento ôhmico: fundamentos e aplicação no processamento de leite e derivados

A crescente demanda mundial por produtos lácteos tem impulsionado as grandes indústrias e centros de pesquisa no desenvolvimento de novas tecnologias, com intuito de minimizar os efeitos deletérios provocado no processamento e estender o shelf life do produto. No entanto, o custo e as dificuldades envolvidas no controle dos parâmetros do processo - bem como a falta de legislação adequada - estão entre os principais problemas para a aplicação dessas tecnologias.

O aquecimento ôhmico (AO) é definido como um processo em que a corrente elétrica é passada por meio de materiais (alimentos) com o propósito primário de aquecê-los por meio da conversão de energia elétrica em energia térmica, promovendo um aumento rápido de temperatura e uniforme no interior do alimento. Este fenômeno é a maior vantagem desta técnica, uma vez que permite o desenvolvimento de processos mais rápidos e mais eficazes, garantindo uma maior capacidade de retenção de nutrientes e dos atributos sensoriais.

O principal mecanismo de inativação microbiana causada pelo AO se dá pelo efeito térmico, atuando sobre a estrutura da membrana e das enzimas de micro-organismos. No entanto, vários estudos têm relatado um efeito adicional não-térmico capaz de causar leves danos celulares. Pesquisas mais recentes mostram que a principal razão para o efeito adicional não-térmico em micro-organismos ocorre por eletroporação leve da célula, levando a formação de poros na membrana celular e, consequentemente, reduzindo a resistência térmica do micro-organismo. Este fenômeno ocorre principalmente por meio da aplicação de corrente alternada de baixa frequência.

É importante enfatizar que os estudos sobre AO em alimentos lácteos foram realizados em escala de laboratório; no entanto, estudos em escala piloto e industrial são fundamentais para obtenção de dados práticos, auxiliando assim, a indústria de laticínios à desenvolver procedimentos específicos - garantindo a estabilidade microbiana e a qualidade dos alimentos.

Poucos estudos avaliaram o efeito do AO em produtos lácteos, assim, pouco se sabe sobre os fatores que influenciam a condutividade elétrica desses produtos. Além da temperatura, o teor de gordura é outra variável importante a ser considerada. Recente estudo avaliou o teor de gordura do leite (0, 3, 7, e 10%, w/w) sobre a taxa de aquecimento e a condutividade elétrica durante o tratamento ôhmico: foi observado que a condutividade elétrica e a taxa de aquecimento aumentaram à medida que o conteúdo de gordura do leite foi reduzido, apresentando uma diferença significativa entre as amostras contendo 0 e 3%, e 7 e 10% de gordura, porém este comportamento não foi observado no processo convencional. Além disso, os autores descobriram que o aumento no teor de gordura resultou em uma distribuição de calor não homogênea no interior das amostras, diminuindo assim, a taxa de aquecimento e a condutividade elétrica do sistema.

Nas amostras com baixo teor de gordura (0 a 3% p/p), a taxa de inativação microbiana foi maior, durante o AO, quando comparado as amostras com altos teores de gordura (7 e 10%). Este resultado pode ser explicado pela diminuição da condutividade elétrica ocasionada pelo aumento do teor de gordura, pois os glóbulos de gordura agem como um isolante elétrico. Assim, as regiões com taxas de aquecimento mais baixas são formadas ao redor do glóbulo, resultando em menores taxas de reduções de micro-organismos. Portanto, alimentos lácteos contendo altos níveis de gordura podem ser aquecidos de forma não uniforme, afetando negativamente a estabilidade microbiológica do produto e sua segurança

Em bebidas lácteas contendo polpas de frutas, a concentração iônica e o pH do produto podem apresentar grandes variações, podendo afetar diretamente a condutividade elétrica do produto. Por conseguinte, o estudo de diferentes polpas de frutas e combinações de leite/soro é fundamental para o desenvolvimento e a definição dos parâmetros de processo.

Uma das principais desvantagens do aquecimento ôhmico consiste na formação de incrustações (fouling) na superfície dos eletrodos, ocorrendo principalmente, em alimentos que contêm elevados teores de minerais, tais como os derivados lácteos. O fouling promove diversos problemas no produto e nas plantas de processamento de lácteos, como, perdas na qualidade do produto, redução nas taxas de transferência de calor e dificuldades no processo de higienização dos equipamentos, podendo comprometer a estabilidade microbiológica do produto final.

Embora a formação de fouling possa ocorrer durante o AO, esta acontece numa extensão menor quando comparado ao método convencional, uma vez que a transferência de calor durante o processo convencional é baseada na condução de calor, resultando assim em um sobreaquecimento das superfícies. Em contraste, o AO é baseado na geração de calor no interior dos alimentos, com temperaturas mais baixas na superfície dos eletrodos do que os do produto.

As características físico-químicas e sensoriais dos produtos lácteos são aspectos importantes na avaliação da qualidade e conservação do produto, assim, para meio de avaliação dos benefícios do AO e a determinação dos parâmetros ótimos do processo, é importante avaliar o efeito desta técnica nos fatores que afetam a qualidade do produto. Em virtude de o processo ôhmico basear-se na taxa de aquecimento do produto, os mesmos indicadores de qualidade comumente empregados no processo térmico, podem ser utilizados para avaliar o efeito do aquecimento ôhmico, como: a formação de lactulose, furosina e hidroximetilfurfural (HMF), índice FAST (fluorescência de produtos avançados de Maillard e triptofano solúvel), carboximetilisina, produtos da glicoxidação, desnaturação e agregação protéica (β lactoglobulina), ácidos graxos livres, entre outros.

Poucos estudos relatam os efeitos que o processamento ôhmico resulta sobre a qualidade intrínseca de produtos lácteos, como em achocolatados, queijo, manteiga, leite fermentado e outros, abrindo uma gama de oportunidades para investigação nesta área. Em um desses estudos, envolvendo um alimento infantil à base de leite, foi avaliado o efeito do AO (5 kW AC - 50 Hz, campo elétrico de 0,1 a 3 kV/m), em comparação ao convencional (UHT por sistema direto), sobre diferentes parâmetros de qualidade (furosina e carboximetilisina [CML], e mudanças de cor), situação na qual os autores observaram resultados similares em ambos os processamentos.

No geral, embora estudos sobre AO com os produtos lácteos sejam escassos na literatura, seus benefícios têm sido relatados, mostrando ser uma tecnologia promissora para processamento e manutenção da qualidade de produtos lácteos.

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