Qual a importância do controle da umidade relativa do ar na estocagem de alimentos com baixa atividade de água?

Conservação de Alimentos por Desidratação - Notas de Aula

Disciplina: Tecnologia de Alimentos I
Depto. De Tecnologia de Alimentos e Toxicologia
Faculdade de Farmácia - UFRJ

Alimentos geralmente contém entre 60 a 95% de água em sua condição original. A retirada dessa água é importante para inibir o crescimento microbiano e, assim, evitar sua deterioração e prolongar a vida útil. A retirada de água e também importante em termos econômicos, barateando transporte e reduzindo os volumes a serem armazenados. Exemplo visível é o caso do suco de laranja concentrado congelado. Retira-se água no Brasil, exporta-se e, então, noutros países, a água é re-adicionada. Sugere-se, como exercício, observar tabelas de composição de alimentos (ex.: Guilherme Franco), procurando tomar um primeiro contato com o teor de água nos principais alimentos. Por exemplo, quanto de água existe nas geléias e frutas, no bacalhau, no leite em pó, na farinha de mandioca, no peixe fresco?

Isoterma ou curva de umidade de equilíbrio de um produto é a representação gráfica entre a umidade de equilíbrio e a umidade relativa do ar sob temperatura constante. O conhecimento sobre as isotermas de cada alimento é muito importante para estudar a estabilidade de alimentos durante a estocagem e o transporte.

Quando o alimento é higroscópico ( vide drops, frutose, jujuba) ele entrará em equilíbrio com o ambiente e sua umidade variará em função da UR e da T.

Mais importante que medir a percentagem de água em peso é medir sua atividade de água (aw). Esta é definida como a relação entre a pressão de vapor da solução (ou tensão de vapor de água no produto) e a pressão de vapor do solvente/água pura (ou tensão de vapor de água pura) sob uma mesma temperatura 25 °C. Pode ser também calculada dividindo-se por 100 a Umidade Relativa de Equilíbrio. É importante em termos de propriedades físico-quimicas e de conservação.

Quando a umidade do produto é baixa, reações químicas ocorrem com menor velocidade, porque é também menor a mobilidade substrato/enzimas. Quando menor que 2%, a oxidação é mais rápida porque os lipídeos perdem a camada monomolecular protetora de água.

Atividade microbiana diminui até paralisar em torno de aw menor que 0.6. O valor mínimo da aw é função do tipo de microorganismo. Alguns limites mínimos: bactérias 0,91 - leveduras 0,88 - bactérias halofílicas 0,75 e leveduras osmofílicas 0,60.

Existe uma atividade de água ótima e uma mínima para cada microorganismo. Quando o alimento ou o meio dispõe de poucos nutrientes, ou o pH baixo ou Temperatura sub-ótima, microorganismos têm menor capacidade de proliferação em atividades de água mais baixas. Ou seja, a combinação de processos de conservação é sempre muito útil.

Umidade Crítica : é quando o produto inicia alterações indesejáveis como deterioração microbiana, mudanças nas características físicas e aglomeração / empedramento do produto.

Leite em pó integral: umidade crítica é 5% . E isso é atingido em 120 dias quando T de 30°C e 80% de UR em saquinhos de polietileno (500g). E bastam 45 dias quentes, quando T é 38°C e UR é 90%, em saquinhos (200g).

Atividade vital de um grão (respiração) é função da umidade. Quando umidade entre 11-13% a respiração é discreta. Quando maior que 14,5% ocorre grande atividade respiratória. Se quisermos conservar grãos por mais de um ano, dependendo do tipo de grão, este não deve ser mantido sob umidades de 13 a 14,5 %.

Umidade é a soma da água livre mais a água de constituição (combinada).

Para cada tipo de grão temos uma relação entre umidade do grão e do ar. Por exemplo, a 25 °C, temos:

A desidratação é um dos processos de conservação mais difundidos. Usado desde a antiguidade, deve ter sido copiados da natureza, sendo aperfeiçoado pelo homem em alguns aspectos. Aplicável a todos os cereais é um processo natural eficiente, demandando pouco esforço adicional do homem. Ex.: milho que seca no próprio pé.

Desidratação pode ser entendida como diferente da secagem. Seria a secagem artificialmente provocada pelo homem. Na França, em 1795, a desidratação era aplicada, em camadas de desidratação por ar quente. Desse processo advém maior controle (inclusive sanitário) e menor espaço ocupado pelo produto. Embora mais caro, oferece maior qualidade de e, no fim, maior lucratividade. Propicia também, no final, maior rendimento, na medida que evita a perda de açúcares por respiração ou fermentação, em qualquer condição climática (vide batata que murcha por respiração, com perda de peso, além da perda de qualidade).

As técnicas de desidratação são as mais variadas: ar quente, ar superaquecido, vácuo, gases inertes, aplicação direta de calor etc...

O ar conduz calor e absorve calor liberado (vide tabelas de psicrometria). Quando a T é alta e UR é baixa periga retirar água mais rápido que ela se difunde do interior para superfície. Aí temos a formação de crosta impermeável. E esta retarda difusão livre de água. Portanto, é preciso controlar a T e UR durante o processamento.

Fatores para controlar: T (varia com alimento e método de secagem) ; URar (varia com alimento, método e fase de secagem); velocidade do ar; tempo de secagem. Se estes fatores não forem bem controlados, aparece endurecimento externo pela grande velocidade de evaporação (queraitonso, impenetrável).

Tipos de secadores: O tipo selecionado é função da natureza do alimento e da forma desejada para o produto final, bem como dos custos e condições operacionais disponíveis ou drum dryer (leite no passado), farinha de banana; vácuo contínuo (frutas/hortaliças); spray-dryer (leite, ovos, café); rotativos (carne); de gabinete (frutas/vegetais); de estufa (maçãs, algumas hortaliças); túnel (frutas, hortaliças); freezing-dryer: alto vácuo, condições especiais de T e P, ótimo sabor /aspecto/reidratação, mas é caro.

Para entender os processos de secagem e desidratação de alimentos, bem como para entender as providências que devem ser adotadas, após o processamento, para assegurar a manutenção das qualidades, e para assegurar o controle de alterações, é imprescindível entender os princípios básicos da psicrometria.

Primeiro, entender a diferença entre a temperatura de bulbo-seco e temperatura de bulbo-úmido. Coloque um termômetro com o bulbo seco, na frente do ventilador. E coloque outro junto - ou o mesmo depois - com o bulbo envolvido numa gaze com água. Serão iguais na temperatura?

Para você saber que não, basta lembrar o frio que sente quando, com o corpo úmido pela água do mar ou da piscina, se expõe ao vento. Ou seja, a água retirada da superfície do seu corpo, pelo vento, para promover a evaporação, precisa de calor. E esse calor é retirado do seu corpo, pelo vento, para promover a evaporação, precisa de calor. E esse calor é retirado do seu corpo, de onde então surge a sensação de frio, que se reduz quando se providencia o enxugamento do corpo molhado.

O mesmo fenômeno ocorre com os dois bulbos do termômetro: seco e úmido. E daí se criou esses dois termos: T bulbo-seco e T bulbo úmido.

Então pergunta-se: quando a umidade relativa do ar for de 100%, existe diferença entre essas duas temperaturas?

Claro que não, pois se o ar está saturado de vapor, não consegue retirar mais água e, portanto, não ocorre a tal evaporação e decorrente retirada de calor.

Vale revisar, olhando livros de física, os conceitos de calor de fusão e de evaporação. Se é preciso uma caloria para elevar de um grau centígrado de água, são necessárias, porém 80 calorias para levar um grama de água sólida a 0 °C para um grama de água líquida na mesma T a 0 ºC. E para levar água líquida a 100 °C até vapor d'água a 100 °C ainda se precisa um calor latente maior, de 540 calorias. Lembrando-se disso, é fácil entender a dimensão do fenômeno dos bulbos seco e úmido.

Como vemos, portanto, quanto mais seco estiver o ar, mais umidade ele vai retirar da gaze úmida do bulbo ou dos alimentos e corpos úmidos.

Antes de prosseguir, vale observar a diferença entre os conceitos de umidade do ar. Temos a umidade absoluta do ar, que indica o teor de água existente no ar, em forma de vapor, e que é quantificada em gramas de vapor por quilograma de ar seco.

Já umidade relativa do ar é outra coisa. E indica a quantidade de umidade existente em relação à quantidade máxima que o ar, naquela temperatura, seria capaz de absorver.

Observemos, então, o fenômeno do "sereno". Durante o dia, com a temperatura mais elevada, o ar mantém uma certa quantidade de vapor que pode estar, digamos, na faixa de 85 %. Ou seja, não temos 85% de água no ar e o resto sendo então oxigênio, nitrogênio, gás carbônico, etc... Por favor, não é nada disso. Uma umidade relativa de 85% significa que o ar contém 85% da quantidade total que seria capaz de absorver naquela temperatura. E quanto mais elevada for a temperatura, mais água ele poderá absorver. Aliás, é baseado nesse princípio que funcionam os secadores de cabelo. Não é o aquecimento que vai secar o cabelo. É o aquecimento que vai, sem retirar água do ar, abaixar a umidade relativa desse ar e, assim, favorecer a transferência de massa, a transferência de água do cabelo úmido para o ar. Assim, por favor, não confundam tratamento térmico de alimentos com processos de desidratação. Cada um destes se baseia em princípios bem distintos.

Voltamos ao sereno. Temos aí uma temperatura de 30 °C e umidade relativa do ar de 85%. Mas é outono e, à meia-noite, na temperatura caiu para 22 °C .Pergunta-se : está serenando ou é preciso esfriar ainda mais?

Para responder esta pergunta convém dispor de uma carta ou diagrama psicométrico. Levantemos uma perpendicular do eixo de T bulbo seco, no ponto 30° C, até encontrar a curva, lá em cima, da umidade relativa de 85% de umidade (entre 80 e 90%). Uma nova perpendicular (então paralela ao eixo T bulbo seco) deve ser traçada para a esquerda, até atingir a curva da umidade de saturação; ou seja, a umidade relativa de 100%. Voltemos então, com uma nova perpendicular, ao eixo inicial, da temperatura de bulbo seco. O que encontramos? Bem, chegamos a uma temperatura de 27 °C. O que significa isso?

Isso significa que, para uma mesma e fixada quantidade de vapor de água no ar - ou seja, para uma umidade absoluta do ar constante - a saturação será alcançada quando descer a temperatura de 30°C para 27 °C. E, assim, bem antes da meia-noite, quando a Temperatura era de 22 °C, ocorreu o "sereno". Ou seja, o ar atingiu sua umidade relativa máxima de 100% e como a temperatura continuou ainda descendo, e não podendo passar dos 100%, não restou outra alternativa ao ar se não perder vapor d'água, que é o sereno.

Então, pergunta-se, ainda: qual era a umidade absoluta desse ar?

Ora, bastaria traçar a perpendicular para a direita, naquele ponto do encontro na curva de 85% de umidade relativa e, então encontraríamos a resposta no outro eixo, o da umidade absoluta. E a resposta seria algo em torno de 25 g vapor / kg ar . Agora pergunto: se o ar manteve-se a 22°C até às 6 da manhã, quando voltou a se aquecer, com que umidade absoluta e com que umidade relativa chegamos às 6 da manhã?

A resposta é 100% para a umidade relativa ; e 18 g/kg ar seco para a umidade absoluta. Ou não?

Quando eu tiro uma caixa de figos ou de ovos, de um armazenamento refrigerado, pode ocorrer depósito de gotículas de água na superfície do alimento. Algumas vezes isto é indesejável, inclusive porque pode favorecer a alteração do alimento. Explique esse fonômeto com base no que vimos sobre psicrometria. E encontre uma solução para o problema.

Atividade de água (aw) é definida como a relação entre a pressão de vapor de água do alimento e a pressão de vapor da água pura naquela mesma temperatura (25°C)

Aw = pvapor no alimento (a) / pvapor água pura (b)

Qual desses dois, a ou b, aumenta mais rápido quando a T sobe? Essa é a pergunta.
Se a sobe T mais, então quando T sobe, aw também sobe.

Assim como a pressão de vapor d'água de soluções é afetada pela temperatura, a atividade de água também o é. Mas o efeito é pequeno na maioria dos solutos, a menos que as soluções estejam saturados. Neste caso, a quantidade de algumas substâncias na solução, e igualmente a aw podem variar bastante com a temperatura.

Quando alimentos não estão empacotados, ou estão embalados insatisfatoriamente, o ganho ou perda de umidade, daí decorrentes, acarretará alterações na atividade de água. É o caso da condensação que ocorre na superfície de alimentos retirados de ambientes refrigerados; ou o caso da rápida evaporação que ocorre quando um alimento aquecido é colocado sob refrigeração com circulação de ar frio.

Um alimento em contato livre com a atmosfera pode ganhar ou perder umidade, dependendo da umidade relativa do ar e, claro, da umidade relativa de equilíbrio entre essa atmosfera e o alimento numa dada temperatura.

Nesse equilíbrio (que na maioria dos casos é alcançado apenas muito lentamente), existe uma relação bastante óbvia entre a aw de um alimento e a umidade relativa de equilíbrio do ar em contato (URE) , e então:

aw = URE / 100

Alimentos com baixo teor de umidade (menos de 10%, como é o caso dos desidratados), conforme apresentam suas isotermas de absorção, atingem o equilíbrio com UREs abaixo de 60%.

Assim sendo, um alimento desidratado, embalado, deve ter uma atmosfera interna abaixo desse valor, se queremos que não ocorra transferência de água do produto para o ar interno, ou vice-versa, o que produziria prejuízos, seja em termos sensoriais, seja mesmo em termos, em alguns casos, microbianos.

Quando a temperatura aumenta - e como não existe entrada ou saída de ar ou umidade na embalagem - sabemos que a umidade relativa do ar diminui e, nesse caso, o produto já não estará embalado em sua URE. Ou seja, o equilíbrio é rompido. E um novo equilíbrio deverá ser buscado automaticamente, ocorrendo transferência de água entre o ar e o alimento.

Como para um mesmo alimento, a URE cai à medida que cai o teor de água no alimento (e muito rapidamente nesse intervalo abaixo de 10%, que é o caso dos desidratados), imagina-se que quando a umidade interna do ar cai, o novo ponto de equilíbrio se dará também num teor de umidade, no alimento, um pouco mais baixa. Ou seja, para que o equilíbrio ocorra, de um lado haverá transferência de água do alimento para o ar, aumentando a umidade relativa do ar; e, de outro, conseqüentemente, aumentará o teor de água no ar, diminuindo o teor de umidade no alimento.

Em suma, o ponto de equilíbrio entre a atividade de água no alimento e a umidade relativa do ar, se dará, sob outra temperatura, num outro ponto. E esse ponto, se dará com perda de umidade no alimento, na medida que o aumento da temperatura acarreta redução da umidade do ar interna (que vai então retirar água do produto alimentar); e ainda na medida que o aumento da temperatura do alimento propicia uma elevação da pressão de vapor de água do mesmo.

Visto de um outro ângulo, como aw é a relação entre pressão de vapor de água no produto em relação à da água pura, o aumento mais rápido da primeira, com a elevação da temperatura, provoca aumento na aw. E isso, somado com a redução de umidade relativa do ar, então gera o gradiente para perda de água do alimento para o ar, até que se atinja um novo ponto de equilíbrio.

No entanto, dependendo do produto e da variação de temperatura, tais alterações podem ser muito pequenas.

Qual a influência da umidade relativa do ar na atividade de água dos alimentos?

Qual a importância do estudo da umidade na conservação dos alimentos?

Por que e importante analisar atividade de água e umidade nos alimentos quais os parâmetros utilizados para as análises?

Em que consiste o método de conservação de alimentos pelo controle de umidade?