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Cristalizadores para soro concentrado

Por Inovaleite UFV - postado em 02/11/2016

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Na indústria de secagem de lácteos observa-se que a secagem do soro é mais complicada do que a secagem do leite. São frequentes as adesões dentro do spray dryer, ciclones e tubulações, assim como o empedramento do produto durante o processamento ou durante a estocagem e o transporte. Ao buscarmos mecanismos para maior controle e padronização da tecnologia de produção do soro em pó nos deparamos com diversos requisitos de qualidade como: acidez e pH do soro, microbiota contaminante, teor de sais monovalentes em especial o sódio, teor de lactose, presença de resíduos da fabricação dos queijos, tempo e condições de estocagem e transporte do soro.

Dentre os diversos atributos que afetam a secabilidade do soro destaca-se a cristalização da lactose no soro concentrado. Por meio desta cristalização é possível diminuir a adesão nos equipamentos e o empedramento do produto. A natureza do empedramento e da adesão são parecidas e podem ser em grande parte atribuídas ao estado físico da lactose no produto durante a secagem e no soro em pó. A lactose durante a secagem encontra-se no estado vitreo, caracterizado como um líquido de elevada viscosidade. Este estado é desejado na produção de alimentos, pois é devido a ele que o encapsulamento de constituíntes e a desaceleração de reações químicas e bioquímicas ocorrem no produto; aumentando a sua validade e possibilitando a conservação como lácteo desidratado. 

O problema é que este estado não é perfeitamente estável no alimento, e, alguns produtos podem sofrer uma mudança deste estado para o estado cristalino. Quando um produto por caracteristícas de composição tende a manter o estado vitreo em condições de processamento industrial e durante a estocagem diz-se que o produto é de fácil secagem. O soro é um produto que não possui a capacidade de manter o estado vitreo durante a secagem e o armazenamento. A estratégia tecnológica para o processamento do soro em pó reside na cristalização do soro concentrado anteriormente a secagem, desta forma, diminuindo a formação do estado vitreo no produto.

Por este motivo, buscamos cristalizar pelo menos 70% da lactose no soro concentrado anteriormente a secagem. A cristalização do soro concentrado é acompanhada pela variação do teor de sólidos solúveis do produto (ºBrix), sendo que quanto maior for a diminuição da magnitude do teor de sólidos solúveis maior será o percentual de cristalização do soro concentrado.

Neste trabalho buscou-se discutir se o tipo de cristalizador empregado na produção do soro afeta o percentual de cristalização da lactose. Em resumo buscou-se responder a seguinte pergunta: a partir de um mesmo soro concentrado e sob as mesmas condições de resfriamento e de rotações por minuto do agitador é possível obtermos soros com diferentes teores de cristalização? Se a resposta fosse sim então tinhamos uma segunda pergunta: os soros apresentariam secabilidades diferentes? O trabalho buscou responder a estas duas perguntas e simular uma condição de processamento que é muito comum dentro da indústria que consiste em empregar um mesmo evaporador a vácuo para concentrar o soro, mas empregar diferentes tanques de cristalização antes da secagem. Muitas vezes, tanques de cristalização de tamanhos diferentes e de fabricantes distintos.

Resumo do trabalho desenvolvido

O principal objetivo deste trabalho consistiu na determinação do efeito do tipo de cristalizador na eficiência da cristalização da lactose em soro de leite concentrado, utilizando dois equipamentos que dispõem de diferentes formas de agitação (Tanque 1 - agitador central e Tanque 2 - agitador periférico), mantendo as demais condições de cristalização constantes, como: taxa de resfriamento; temperatura; velocidade de agitação; tempo de cristalização; e teor se sólidos solúveis por tratamento. Foi determinada a cinética de cristalização da lactose, perfil de cristalização por meio da microscopia óptica, produção de soro em pó a partir de diferentes soros cristalizados e determinação das propriedades do pó de acordo com a eficiência de cristalização em cada um dos tanques.


Tanques de cristalização empregados no experimento. 1 - agitação central e 2 - agitação periférica. 

Metodologia empregada

Os trabalhos de evaporação a vácuo, cristalização e secagem foram desenvolvidos na Plataforma Inovaleite no Departamento de Tecnologia de Alimentos (DTA) – UFV, Viçosa, MG. O delineamento experimental foi composto de seis Tratamentos (T) na qual foram utilizados dois tanques de cristalização (Tanque 1: com agitador central e Tanque 2: com agitador periférico) e três concentrações de sólidos solúveis ao final da evaporação (50 ºBrix, 55 ºBrix e 60 ºBrix). Empregou-se evaporador (tacho) de único efeito da marca Treu® (45 - 55 cm Hg), alimentado por soro pré-concentrado desmineralizado (33 ± 1 ºBrix) obtido em parceria com a Indústria de Laticínios Porto Alegre, Ponte Nova, MG.

Foram realizadas 18 fabricações durante o experimento. A cristalização do soro foi dada imediatamente após o término da evaporação a vácuo. O tanque de cristalização 1 (tacho aberto de camisa dupla com capacidade de 50 kg provido de um agitador central) e o tanque de cristalização 2 (tanque misturador com capacidade para 100 kg com agitador periférico) são apresentados na Figura 01. A rotação foi padronizada em ambos tanques para 50 rotações por minuto, contudo este procedimento não padronizou a velocidade tangencial do fluido durante a cristalização. O resfriamento foi iniciado juntamente com a adição do soro nos tanques de cristalização por meio da circulação indireta na camisa do equipamento de água industrial a temperatura média de 24 ± 2 ºC, até a temperatura do soro atingir valor próximo a 30 ºC.

O volume de soro adicionado em cada um dos tanques para etapa de cristalização foi de 40% em relação a sua capacidade, suficiente para o cobrir a superfície do agitador. O tempo de permanência no cristalizador foi de 240 minutos. Durante a etapa de cristalização foram coletadas amostras de soro em cada um dos 2 tanques de cristalização em intervalos de 20 minutos, a partir do tempo zero até 240 minutos, em dois pontos específicos em cada tanque, obtendo pontos para construção da curva de cinética de cristalização da lactose.

Resultados e discussão

Os teores de cristalização da lactose são apresentados na Tabela 1. A diferença das médias dos percentuais de cristalização (Δ %Crist.) entre os tanques 1 e 2 foi decrescente a medida que aumenta o teor de sólidos solúveis do soro concentrado na saída do evaporador, tornando cada vez mais próximo os resultados obtidos nos dois tanques com o aumento da concentração ao final da evaporação, sendo uma relação não linear. Quanto menor foi o teor sólidos do soro concentrado no início da cristalização maior foi a diferença de eficiência de cristalização apresentada pelos tanques de agitação central e periférica.

O soro quando cristalizado no Tanque 2 (com agitador central) após secagem em spray dryer em condições controladas apresentou uma maior deposição de pó na superfície do equipamento, exceto para o tratamento de 60 ºBrix onde a diferença foi minimizada devido uma cristalização mais homogênea entre os tanques. Neste experimento observa-se que mudanças nas condições de cristalização do soro concentrado (diferentes tanques de cristalização) e no teor de sólidos solúveis implicam na obtenção de pós com diferentes propriedades de reidratação, de adesão e com teores distintos de lactose cristalizada, impactando na conservação durante o prazo de validade.
 

Tabela 1 - Teor de cristalização da lactose

Conclusão

Voltamos a pergunta inicial deste trabalho: "a partir de um mesmo soro concentrado e sob as mesmas condições de resfriamento e de rotações por minuto do agitador é possivel obtermos soros com diferentes teores de cristalização?"

A resposta a pergunta é: sim, é possível obtermos diferentes teores de cristalização no soro concentrado, assim como é possível obtermos soro com cristalização não homogênea, e, obter produtos com diferentes tendências a adesão durante a secagem.

Perspectivas futuras

As pesquisas em andamento no INOVALEITE buscam agora entender o efeito do tipo de tanque na cristalização. E para tal buscamos avaliar os efeitos:

- efeito do design do tanque sobre o percentual de cristalização da lactose,
- efeito da velocidade do produto em diferentes pontos do tanque sobre a formação dos cristais de lactose,
- efeito da diferença de viscosidade causada pela agitação.

Agradecimentos:

Os autores agradecem ao CNPq, CAPES e FAPEMIG pelo apoio financeiro concedido a realização do projeto e as bolsas de produtividade dos autores AFC e ITP. Agradecem também ao Laticínios Porto Alegre pelo apoio e parceria na realização do experimento em especial a toda equipe técnica do laticínios.

Autores do artigo: Italo Tuler Perrone(1), Moises Simeão (1), Pierre Schuck (2), Rodrigo Stephani (1), Antonio Fernandes de Carvalho(1).
(1) INOVALEITE-DTA-UFV
(2) UMR STLO – INRA/Agrocampus-Ouest

 

Opinião

O texto deste colunista não reflete necessariamente a opinião do site MilkPoint.

Saiba mais sobre o autor desse conteúdo:

Inovaleite UFV    Viçosa - Minas Gerais - Pesquisa/ensino

Pesquisa/ensino

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