Pulsos Eléctricos

Trabalho elaborado por:

- Ana Cravo nº20803016;

- João Ribeiro nº20703008;

- Liliana Ribeiro nº 20803022;

- Cristina Rodrigues nº20703013

- José Sousa nº 20703048

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Índice:

Introdução:.................................................................................................................................... 3

Pulsos eléctricos............................................................................................................................ 5

Câmaras de tratamento: ............................................................................................................... 5

Parâmetros do processo: .............................................................................................................. 7

-Intensidade do pulso eléctrico:................................................................................................ 7

-Tempo de tratamento:............................................................................................................. 7

-Temperatura de tratamento:................................................................................................... 8

Vantagens:..................................................................................................................................... 8

Desvantagens: ............................................................................................................................... 8

Efeitos dos CEP nos microorganismos: ......................................................................................... 9

Efeitos dos CEP nos esporos:......................................................................................................... 9

Efeitos dos CEP sobre as enzimas: .............................................................................................. 10

Efeitos nas características sensoriais .......................................................................................... 11

Princípios do HACCP e Tecnologia de PE:.................................................................................... 11

-Avaliação dos perigos: ........................................................................................................... 12

- Pontos Críticos de Controlo: Determinação, limites, processos e Acções Correctivas......... 12

- Manutenção de registos: ...................................................................................................... 13

- Estudo de Perigos e Operacionalidade (HAZOP) Princípios e PEF Tecnologia...................... 14

Conclusão: ................................................................................................................................... 16

Bibliografia: ................................................................................................................................. 17

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Introdução:

Nas últimas décadas, os tratamentos não térmicos dos alimentos têm ganho

grande destaque devido ao facto de conseguir estabilizar os produtos processados por

estes métodos, sem o emprego de calor e ainda preservar suas características

sensoriais e nutritivas. A aplicação de campos eléctricos pulsados (CEP) destaca-se

como uma promissora tecnologia para substituir o tratamento térmico convencional.

O desenvolvimento de métodos de conservação dos alimentos foi fundamental

para garantir o desenvolvimento da sociedade moderna. Desde os tempos primórdios

que o homem vem a desenvolver e aperfeiçoar novos métodos de conservação dos

alimentos. Inicialmente o fogo revolucionou a forma como o homem prepara o seu

alimento e mais tarde o emprego de calor permitiu desenvolver vários processos de

conservação. Hoje, o domínio de técnicas não térmicas empregadas com o intuito de

conservar os alimentos representa um novo salto qualitativo na relação do homem

com o alimento.

Entre estes métodos, o emprego de campos eléctricos pulsados (CEP) mostra-

se como uma das alternativas mais promissoras para substituir o tratamento térmico

convencional tais como a pasteurização e a esterilização comercial.

Este processo consiste em submeter o produto a campos eléctricos de alta

intensidade (5-55 kV/cm), repetido muitas vezes durante intervalos de tempo muito

pequenos (micro-segundos), com a finalidade de inactivar enzimas e destruir

microrganismos.

A eliminação de bactérias e leveduras com aplicação de CEP depende da

intensidade do campo eléctrico e do tempo de tratamento (aplicação).

O desenvolvimento de pulsos eléctricos de pequena duração tem como

objectivo minimizar o efeito Joule (calor) e portanto diminuir os efeitos indesejáveis do

calor nos alimentos.

Quanto aos atributos de qualidade, a tecnologia por pulso eléctrico é

considerada superior ao tratamento térmico convencional porque evita ou reduz as

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mudanças nas propriedades sensoriais e físicas dos alimentos. Embora isso já esteja

comprovado, os efeitos químicos e nutricionais do pulso eléctrico devem sempre ser

levados em conta antes do seu uso em alimentos.

Alguns aspectos importantes na tecnologia por pulso eléctrico são: a geração

de altas intensidades eléctricas, o desenho da câmara que deve conceder tratamento

uniforme aos alimentos com aumento mínimo na temperatura, e a disposição dos

eléctrodos que minimizam o efeito da electrólise.

Campo Elétrico Pulsante de Alta Intensidade provoca:

• Eletroporação;

• Eletrofusão;

• Ruptura dielétrica.

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Pulsos eléctricos

O conceito de pulsos eléctricos é simples: a energia eléctrica em níveis de baixa

potência é arrecadada durante um período prolongado e armazenada num

condensador. Essa mesma energia pode então ser descarregada quase

instantaneamente em elevados níveis de poder. A geração de CEPs requer dois

dispositivos principais: uma fonte de energia pulsante e uma câmara de tratamento,

que converte a tensão em CEPs.

Figura 1- circuito geral de tratamento por CEPs

Câmaras de tratamento:

A câmara de tratamento estático de CEP consiste em dois eléctrodos mantido

em posição por materiais isolantes, que também formam um invólucro contendo

alimentos. Um fluxo contínuo através da câmara de tratamento foi desenvolvido na

Washington State University (WSU). A câmara consiste em dois eléctrodos, um

espaçador, e duas tampas. Deve também salientar-se que uma câmara de tratamento

completamente selada é perigosa. Quando o fluido de teste entra em contacto com

uma faísca, a pressão aumenta rapidamente e pode explodir.

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Um dispositivo de libertação de pressão deve ser incluído no projecto de

câmara de tratamento para garantir a segurança da operação.

A câmara de tratamento coaxial, com uma distribuição uniforme de campo ao

longo do trajecto do fluido foi concebida na WSU. O líquido é alimentado na câmara

pela região inferior e o produto tratado sai no topo da câmara. A superfície

projectada, localizado no exterior, aumenta e faz o campo eléctrico uniforme na região

de tratamento, ao mesmo tempo que reduz a intensidade de campo noutras regiões

do trajecto do fluido. O fluido de refrigeração é circulado para controlar a temperatura

entre o eléctrodo de alta tensão interior e o exterior.

Figura 3-Esquema de uma câmara de tratamento de coaxial

Figura 2- Esquema de uma câmara de tratamento de estático.

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Parâmetros do processo:

-Intensidade do pulso eléctrico:

A intensidade do pulso eléctrico é directamente proporcional à

inactivação microbiana, ou seja, quanto maior for a intensidade do pulso maior

será o grau de inactivação. O potencial transmembranar natural da célula é de

aproximadamente 1 V. Se a intensidade do pulso for superior a esse limite

ocorrerá, provavelmente, aumento da permeabilidade da membrana com

formação de poros e eventual ruptura celular. Portanto, o Pulso Eléctrico

Crítico – Ec. (intensidade de pulso eléctrico abaixo da qual a inactivação não

ocorre) aumenta com o potencial transmembranar da célula.

-Tempo de tratamento:

Define-se o tempo de tratamento como o produto entre o número e a duração

dos pulsos. O aumento em qualquer dessas variáveis eleva a inactivação microbiana.

Maiores amplitudes requerem menores intensidades do pulso, que por sua vez

resultam em maior inactivação microbiana. Contudo, maior duração do pulso pode

também resultar em aumento de temperatura indesejável no produto. As condições

óptimas de processamento devem ser estabelecidas para se obter o mais alto nível de

inactivação microbiana com o mais baixo efeito do aquecimento.

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-Temperatura de tratamento:

Resultados experimentais têm demonstrado que tanto a temperatura do

tratamento quanto a temperatura do processo interfere na sobrevivência de

microrganismos. Usando-se pulso eléctrico constante, a inactivação aumenta com a

elevação da temperatura. Como a intensidade do pulso aumenta a temperatura dos

alimentos é necessário resfriamento para manter a temperatura bem abaixo das

geradas pelo processo de pasteurização. Efeitos adicionais de altas temperaturas de

tratamento incluem mudanças na fluidez e permeabilidade da membrana, que

aumentam a susceptibilidade da célula à ruptura mecânica.

Vantagens:

• Pasteurização a baixa temperatura;

• Método rápido;

• Eficiente para produtos líquidos;

• Mantém as características nutritivas e sensoriais do alimento tratado.

Desvantagens:

• Não indicado para alimentos sólidos ou líquidos que contenham bolhas de ar;

• Baixa eficiência sobre esporos.

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Efeitos dos CEP nos microorganismos:

A exposição de uma célula biológica a um campo eléctrico pulsado de alta

intensidade conduz a um fenómeno de permeabilização da membrana. Isto leva a

formação de poros que é reversível se o campo eléctrico for abaixo de certo valor

crítico e por um período de tempo curto.

Foram realizadas experiências com alguns microorganismos com factores do processo

diferentes (campo, numero de pulsos, duração e temperatura) e concluiu-se que em diferentes

condições apresentam diferentes reduções decimais.

Microorganismos Meio Campo (kV/cm)

Tempo (n de pulsos*

duração)

Temperatura Reduções

décimais

E.coli Leite desnatado

Ovo líquido

45

25.8

120

400

35

37

2

6

E.coli

L. subtilis

Sopa de ervilha 25 - 33 20 - 60 <53

53 - 55

<1.5

4.4

Efeitos dos CEP nos esporos:

Os pulsos eléctricos não induzem a germinação, sendo, por isso ineficazes na

inactivação de esporos. No entanto, a germinação pode ser induzida por outros meios,

para que os pulsos eléctricos possam ser usados em seguida para inactivar as células

recém -germinadas.

Estudos feitos nesta área obtiveram uma redução de cerca de cinco ciclos

logaritmos de esporos de Bacillus subtillis utilizando uma combinação de lisozima e

CEP. Pensa-se que a lisozima dissolve o revestimento dos esporos, tornando a célula

passível de tratamento por CEP, ou seja, mesmo não sendo possível inactivar esporos

com a acção isolada de CEP, é possível usar esta tecnologia em combinação com outras

para a inactivação de esporos.

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Efeitos dos CEP sobre as enzimas:

Para se obter sucesso na inactivação de enzimas por CEP é necessário que

sejam utilizados tratamentos mais severos que aqueles utilizados para inactivação

microbiana.

A inactivação enzimática ocorre devido a mudanças na estrutura terciária e/ou

secundária da proteína.

Quando uma enzima está submetida a um campo eléctrico, é submetida a uma

força eléctrica devido a grupos carregados que possui em posições diferentes, por

causa destes grupos, surgem forças eléctricas perturbadoras que podem levar a

mudança na sua conformação estrutural provocando a sua desnaturação.

A maior ou menor resistência da enzima aos CEP dependerá do número de

pontes de hidrogénio que ela possuir, da sua composição em aminoácidos (que lhe

conferirá maior ou menor hidrofobia), da presença de metais na estrutura e no

volume. Também para as enzimas foram realizadas experiências Factores do processo

Diferentes (campo, numero de pulsos, duração e temperatura) e concluiu-se que em

diferentes condições apresentam diferentes reduções decimais.

enzima Meio Campo (kV/cm)

Tempo (n de pulsos*

duração)

Reduções

ALP Leite 2% 14,8-18,8 70 * 0.40-

0.45

43% - 59 %

SMUF 2 22 70*0.74 65%

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Efeitos nas características sensoriais

A maioria dos trabalhos realizados sobre o emprego de CEP refere-se à sua

capacidade de inactivar microorganismos e de preservar os nutrientes dos alimentos,

havendo poucos trabalhos referentes aos seus efeitos nas características sensoriais

dos produtos assim processados.

Foi realizada uma experiência que pretendeu comparar as características

Organolépticas de sumo de tomate processado via tratamento térmico (TT) e via CEP.

Nesta experiencia os provadores atribuíram melhores notas ao sumo processado pelo

sistema de CEP no que dizia respeito a sabor e a sensação global. Ainda segundo os

mesmos autores, vários outros indicadores sensoriais (aparência, cor e textura) que

mostravam uma melhor aceitação do sumo processado via CEP.

Sumos cítricos tratados com CEP a temperatura inferior a 34 °C, não

apresentaram mudanças significativas na acidez, sabor e cor após o tratamento, o que

comprova a informação de que este método é mais eficiente para se preservar as

características sensoriais dos alimentos do que aqueles estabilizados com a utilização

de calor, utilizando este processo também se consegue aumentar a vida útil dos

produtos.

Princípios do HACCP e Tecnologia de PE:

As operações fundamentais do processo são a entrada de matérias-primas,

tratamento com PE, embalagem asséptica e termina na armazenagem e distribuição

do produto. A seguir verificamos os perigos e analisamos os pontos críticos de

controlo (HACCP- Haazard Analysis Critical Control Point).

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-Avaliação dos perigos:

Os riscos microbianos são a principal preocupação durante toda a operação dos

PE. As matérias-primas contêm micróbios e estes podem ser patogénicos o que pode

estragar o ingrediente ou matéria-prima e pode ser prejudicial para o consumidor. A

limpeza do equipamento desempenha um papel fundamental na prevenção da

contaminação microbiana assim, as peças de montagem devem sempre ser

devidamente higienizadas. Se as condições de embalagem asséptica e de

armazenamento forem inapropriadas pode resultar na deterioração do produto.

Os perigos químicos a serem considerados são a presença de antibióticos,

resíduos de pesticidas em matérias-primas e resíduos de detergente/desinfectante no

equipamento de processamento e embalagem. Perigos físicos incluem substâncias

estranhas nas matérias-primas (por exemplo, pedras, borracha, plástico, metal e

cascas de ovos), partículas de metal e de plástico da câmara de tratamento após uma

faísca e pedaços de borracha.

A classificação final dos riscos pode ser definida em termos do produto (leite,

sumo de maçã, ovos, sopas, etc.). Características de perigo microbiológico bem como

características químicas e físicas são definidas pelo Comité Consultivo Nacional sobre

Critérios Microbiológicos para Alimentos (NACMCF) e serão utilizadas para classificar

os produtos tratados com PE. Em geral, a classificação de risco final deverá ocorrer

entre as categorias IV e VI, como definido pelo NACMCF.

- Pontos Críticos de Controlo: Determinação, limites, processos e

Acções Correctivas

Os seguintes pontos críticos de controlo (PCC) devem ser seleccionados para

garantir a segurança dos produtos tratados com PE: recepção e zona de armazenagem,

zona de tratamento com PE e zona de embalagem asséptica. Os principais factores

considerados e monitorizados para cada PCC são a manipulação, o tempo de

processamento, a temperatura do material e a limpeza dos equipamentos e utensílios.

As condições de tratamento (intensidade de campo eléctrico, taxa dos pulsos

eléctricos, tensão de entrada, corrente de entrada e temperatura da câmara) deverão

ser monitorizadas e registadas numa base contínua. O tratamento uniforme com PE

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prevê a concepção e construção de um gerador de pulsos eléctricos que faz variar a

taxa de pulsos, as configurações de tensão, as larguras de pulso e formas de pulso. Os

componentes do gerador e a câmara de tratamento devem cumprir com as

especificações definidas e características como temperatura máxima, tensão máxima,

saídas de corrente e fiabilidade (média de tempo entre falhas, rendimentos, etc.). A

fiabilidade do gerador de pulsos eléctricos pode ser medida em termos de número de

pulsos com nível apropriado de energia por unidade de tempo, bem como pulsos

totais por unidade de tempo. Dispositivos monitorizados podem incluir osciloscópios

para medidas de tensão, corrente e contadores de pulso.

Procedimentos operacionais padrão (POPs) devem estar no local para

descrever aspectos como a recepção, armazenamento e preparação das matérias-

primas, para garantir um tratamento adequado e reduzir o risco de contaminação. A

pulsação e as unidades de embalagem devem ter procedimentos para especificar a

montagem e desmontagem das máquinas. A limpeza específica com frequência, tipo

de detergentes e desinfectantes a serem utilizados devem ser estabelecidos para

evitar a contaminação entre os produtos. Os parâmetros operacionais para

tratamentos com PE devem ser específicos para cada produto alimentar com base no

seu risco microbiano, contagem microbiana inicial, características físicas e químicas

(por exemplo, pH, força iónica e composição) e o tempo máximo para completar o

processamento de cada alimento (ou seja, tempo desde a descarga inicial de matérias-

primas até ao fim da embalagem). Procedimentos alternativos devem definir as

acções correctivas para os desvios de processos específicos ou os limites do PCC.

Procedimentos de garantia da qualidade devem ser desenvolvidos para a aprovação ou

rejeição do tratamento de alimentos por PE com base nos limites do PCC e acções

correctivas.

- Manutenção de registos:

Manutenção de registos é um aspecto fundamental, não só numa operação de

PE, mas também em todo o fabrico de sucesso. O estatuto das matérias-primas,

processo e sequência de embalagens, bem como o armazenamento e transporte deve

ser organizado em vários documentos. Uma concepção correcta dos documentos é

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muito importante e é uma difícil tarefa, porque os documentos devem proporcionar

espaço suficiente para medições críticas sem confundir o operador.

- Estudo de Perigos e Operacionalidade (HAZOP) Princípios e PEF

Tecnologia

A principal preocupação das pessoas que trabalham numa instalação de PE é a

intensidade de tensão que chega aos quilovolts. A fonte de alimentação de alta tensão

é seleccionada para carregar o condensador (eventualmente mais do que um) e um

interruptor de descarga liberta energia eléctrica a partir do condensador através do

produto na forma de um campo eléctrico. A fonte de alimentação, condensador, e

câmara de tratamento devem ser confinados em uma área de acesso restrito com

portões trancados. Os portões irão desligar o gerador de pulsos eléctricos se estes

estiverem abertos enquanto a alimentação está ligada. Interruptores de emergência

devem ser acessíveis em caso de falha no processo. Para evitar a fuga de alta tensão

através de qualquer alimento (líquido ou refrigerante) em contacto com a câmara de

tratamento, todas as ligações para a câmara são isoladas e os tubos que transportam

materiais estão ligados à terra.

Dispositivos eléctricos e mecânicos, tais como bombas, computadores e

máquinas de embalagem devem ser protegidos com garantias. Sinais de alerta

apropriados devem estar no local e informar sobre os riscos de segurança (alta tensão

e campo de alta intensidade eléctrica) na área de processamento. As informações

relativas à operação e procedimentos de manutenção devem estar contidos nos

procedimentos operacionais padronizados (POPs). O pessoal envolvido na operação

de PE devem ser treinados e instruídos nestes POPs.

A selecção adequada dos detergentes e desinfectantes devem cumprir com os

regulamentos da FDA e USDA / FSIS ou os de organizações equivalentes em outros

países. Dispositivos de protecção tais como máscaras ou óculos, avental, botas e luvas

devem ser utilizados pelos trabalhadores durante a aplicação e remoção de soluções

de limpeza. Um procedimento completo deve estar no local para definir que tipo,

quando, onde e como usar na limpeza e desinfecção de soluções. A correcta

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manutenção é necessária para evitar contaminação dos produtos com detergente ou

solução desinfectante. Um esquema completo da instalação, incluindo detalhes sobre

a localização dos serviços, localização de equipamentos e saídas de emergência, deve

estar disponível.

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Conclusão:

A aplicação de campos eléctricos pulsados é um método promissor para

substituir o tratamento térmico, com as vantagens de garantir melhor preservação da

cor, da textura, do sabor, da aparência e do aroma dos alimentos. As suas principais

limitações devem-se à restrição da sua aplicação em produtos líquidos homogéneos e

pelo facto de ser pouco efectivo na inactivação de enzimas e esporos. Contudo, o

emprego de CEP combinado com outros métodos tais como emprego de temperatura

moderada, alta pressão hidrostática, utilização de agentes antimicrobianos, redução

do valor do pH do meio, entre outros, pode produzir excelentes resultados na

conservação de alimentos.

Constata-se também que há necessidade de novos estudos no

desenvolvimento e aperfeiçoamento dos equipamentos; na elucidação precisa da

cinética e mecanismos de inactivação de microorganismos, enzimas e esporos; na

definição dos parâmetros de tratamento adequado para cada tipo de produto; estudos

toxicológicos para garantir a inocuidade do processo; elaboração de legislação

específica para processamento via CEP.

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Bibliografia:

• http://web.cena.usp.br/apostilas/Julio/Bibliografia%20sobre%20Campo%20Eletrico%20Pulsante/Pulso%20el%C3%A9trico%20em%20suco.pdf – Dezembro de 2009

• http://libdigi.unicamp.br/document/?code=000217398 – Dezembro de 2009

• http://web.cena.usp.br/apostilas/Julio/Bibliografia%20sobre%20Campo%20Eletrico%2

0Pulsante/Pulso%20el%C3%A9trico%20em%20suco.pdf – Dezembro de 2009

• Material cedido pelo docente

• http://200.145.71.150/seer/index.php/alimentos/article/viewFile/204/209 - Dezembro de 2009

• http://www.scribd.com/doc/21531252/Preservacao-de-Alimentos-Processamento-de-Alimentos - Janeiro de 2009

• http://www.inta.gov.ar/alcuefood/pdfs/meetings/m7/m71/SP017.pdf – Janeiro de 2009