Pereira, Ricardo

Rodrigues, Rui M.

Teixeira, J. A.

Vicente, A. A.

Universidade do Minho: RepositoriUM

Uma tecnologia emergenteAtualmente, o aquecimento óhmico (OH) encontra-se no leque restrito das tecnologias consideradas emergentes no processamento alimentar. Sendo também designado por aquecimento por efeito de Joule, é o processo no qual a corrente elétrica passa num material (semi-)condutivo com o objetivo de o aquecer. A resistência que o produto ofere-ce à passagem da corrente elétrica permite a geração inter-na de energia, dissipada sob a forma de calor, que faz com que esta tecnologia não esteja dependente de fenómenos de transferência de calor a partir de uma fonte externa [1]. A sua aplicabilidade em alimentos ficou sobretudo conhecida no século XX, com a pasteurização elétrica do leite. No entanto, a falta de conhecimento de princípios fundamentais e tecno-lógicos, assim como elevados custos operacionais, limitaram o seu desenvolvimento e aplicação. Atualmente, um sistema de OH pode facilmente ser integrado em linhas de proces-samento existentes, sendo constituído por uma tubagem oca que numa parte do seu percurso possui um par de elétrodos colocados em posições opostas ou em anéis integrados, que tem a função de aplicar o campo elétrico ao alimento que entre eles passa, de uma forma uniforme. Alguns dos mar-cos fundamentais para a disseminação da tecnologia de OH foram a utilização de materiais inertes adequados para cons-trução dos elétrodos, a evolução de sistemas de alimentação elétrica de alta frequência (da ordem dos kHz), essenciais para minimizar corrosão e migração de matérias dos elétro-dos para o alimento, e o desenvolvimento de ferramentas de controlo e automação do processo.Aplicação industrialSão várias as vantagens desta tecnologia, sendo que a que tem despertado bastante mais interesse sob o ponto de vista de utilização industrial é a de reduzir a exposição do produ-to alimentar ao calor de forma dramática, diminuindo assim o tempo necessário para obter a temperatura-alvo de deter-minado tratamento térmico. Além disso, o OH tem ainda como vantagens: - Ausência de superfícies quentes, com redução do sobre-   processamento do produto e do sujamento da superfície   dos equipamentos; - Elevada eficiência de aquecimento quer em termos de   rapidez (princípio HTST, high-temperature	 short-time)  quer em termos da uniformidade de temperatura do pro-   duto nos estados líquido e sólido, minimizando a perda   de propriedades organoléticas e nutricionais; - Ideal para o processamento de produtos viscosos, uma   vez que permite um aquecimento uniforme não estando   limitado aos fenómenos de condução e convecção; - Elevada eficiência energética (superior a 90%); - Tecnologia considerada amiga do ambiente, com baixo   impacto ambiental; - Baixo stress mecânico induzido no alimento, ideal para   alimentos sensíveis (p.ex. pedaços de fruta) cuja integri-   dade se pretenda preservar; - Processo de base simples com baixos custos de manu-   tenção.Durante os últimos 15 anos o seu uso comercial é já uma realidade não só na União Europeia, mas também em países como Estados Unidos e Japão, uma vez que é evidente a sua menor agressividade face a processos convencionais. Em par-ticular, ganhou terreno no processamento de carnes, frutas, vegetais e alimentos altamente fluidos como leite e sumos, tendo no entanto vindo a ser aplicado numa gama muito mais alargada de processos, como por exemplo: processamento asséptico para refeições prontas a comer de valor acrescenta-do, armazenadas à temperatura ambiente; esterilização UHT (ultra-high-temperature) de alimentos contendo partículas sólidas (até 2.5 cm); pasteurização de alimentos para enchi-mento a quente e enchimento asséptico; pré-aquecimento de produtos e, genericamente, processamento térmico de ali-mentos termo-sensíveis e de valor acrescentado. A tabela 1 identifica algumas unidades comerciais usadas à escala e in-dustrial para o processamento de diversos produtos alimen-tares.A nível nacional existem já unidades em funcionamento, bem como projetos de investigação e aplicação a nível pi-loto e industrial. Exemplo disto é o projeto NOVELTEC - De-senvolvimento de Novas Tecnologias de Suporte à Criação de Produtos Inovadores que reúne um total de 13 parceiros, estando 8 deles diretamente envolvidos no desenvolvimento e aplicação de aquecimento óhmico na indústria alimentar.Um efeito elétrico - eletroporaçãoDurante as últimas décadas, e em resultado dos importantes avanços tecnológicos e consequente incremento da investi-41Aquecimento Óhmico: uma ferramenta ao serviço da biotecnologiaRicardo N. Pereira, Rui. M. Rodrigues, José A. Teixeira e António A. VicenteCentre for Biological Engineering, University of Minho, Campus de Gualtar, 4700-035 Braga, PortugalE-mail: avicente@deb.uminho.ptB o l e t i m  d e  B i o t e c n o l o g i a  .  A b r i l  2 0 1 5B o l e t i m  d e  B i o t e c n o l o g i a  .  A b r i l  2 0 1 5gação fundamental relacionada com o processamento elétri-co têm sido colocadas diversas questões ao nível dos efeitos de algumas variáveis elétricas, como a frequência e a intensi-dade do campo elétrico, que assumem um papel preponde-rante na validação da tecnologia. Haverá um eventual efeito elétrico, adicional ao efeito térmico, sobre enzimas ou até mesmo microrganismos? Quais são as possíveis interações entre os campos elétricos e a funcionalidade tecnológica de algumas biomacromoléculas de base alimentar?Alguns estudos comprovam a existência de efeitos não-tér-micos associados ao OH e a presença inerente de campo elétricos moderados, na ordem dos 1 – 1000 V/cm, também conhecidos como MEF (Moderate Electric Fields). Em con-creto, a aplicação dos MEF pode induzir efeitos ao nível das estruturas celulares, promovendo por exemplo a inativação de microrganismos contaminantes à temperatura ambiente [2, 3], devido à eventual formação de poros nas membranas celulares - fenómeno também conhecido por eletroporação. Neste sentido, e no âmbito de operações como pasteuriza-ção ou esterilização, a aplicação de MEF faz com que seja necessário um tempo inferior de operação a uma determi-nada temperatura para garantir os níveis necessários de ina-tivação microbiana, acrescentando evidentes benefícios na qualidade nutricional e organolética do produto final. Outras potencialidades do fenómeno de eletroporação promovido pela aplicação dos MEF residem na permeabilização e rutura de tecidos vegetais em processos biotecnológicos, facilitan-do por exemplo a extração de compostos celulares de inte-resse e promovendo a difusão de solutos [4, 5].As proteínas do soro leite, um caso de estudoDevido ao seu elevado valor nutricional e funcional, as pro-teínas do soro podem ser usadas como ingredientes numa grande variedade de aplicações na indústria alimentar. O OH, quando comparado com o aquecimento indireto (dito convencional), determina alterações de comportamento ao nível termodinâmico assim com uma menor taxa de desnatu-ração das proteínas do soro (até um diferencial 30%), no in-tervalo de temperaturas entre situado entre os 75 e 90 ºC [6], que é normalmente utilizado nos processos de pasteuriza-ção alimentar. Recentemente, foi igualmente reportado [7] que o processamento térmico quando acoplado com a apli-cação de MEF reúne o potencial necessário para controlar à nano-escala o tamanho das partículas de proteína através de alterações no equilíbrio entre forças atrativas e repulsi-vas durante o processo de agregação e gelificação das pro-teínas desnaturadas. Os géis de proteína desempenham um papel importante nas propriedades texturais de alimentos (por exemplo, substituindo as gorduras), uma vez que dão uma sensação agradável na boca, e permitem a retenção de água e outros ingredientes numa matriz. A utilização de MEF encerra em si um grande potencial para o desenvolvimento de hidrogéis GRAS (geralmente reconhecidos como seguros) com diferentes características mecânicas, microestruturais e, consequentemente, texturais (ver Figura 1). A tecnologia MEF foi igualmente utilizada para a produção de filmes edíveis de proteínas de soro [8]. A aplicação de MEF promoveu ainda alterações ao nível molecular, afetando a distribuição das es-truturas secundárias das proteínas na matriz dos filmes. Os resultados demonstram que os filmes produzidos por MEF podem apresentar um decréscimo até 10% nos valores de permeabilidade ao vapor de água, em comparação com os filmes edíveis produzidos a partir de métodos convencionais. Tendo em conta estes resultados, a utilização de MEF pode estender-se à produção de filmes ou revestimentos edíveis que, nos últimos anos, têm sido considerados uma das tecno-logias com maior potencial para aumentar o tempo de pra-teleira dos alimentos, assegurando a sua segurança micro-biológica e protegendo-os da influência de fatores externos.ConclusõesA tecnologia de OH abre um novo paradigma no proces-samento térmico e não-térmico. Para além de nos últimos anos ter consolidado a sua associação ao processamento de alimentos de elevado padrão qualidade, surge agora como 42País Ano Produto Alimentar Fabricante Energia (kW)E.U.A. 1997 Ovo líquido e sumos Ratzek 10Grécia 1998 Fatias de pêssego Emmepiemme 158França 1999 Leite, ovos, sumos e purés de fruta Alfa-Laval 44França 2001 Couve-flor APV Baker 10México 2002 Processamento de morangos Emmepiemme 250França 2003 Carne Emmepiemme 50Itália 2004 Tomate pelado e em pedaços Emmepiemme 480Itália 2005 Vegetais Emmepiemme 60Irlanda 2009 Carne C-Tech 3.5Portugal 2012 Sumos, polpas de fruta e leite Alfa-Laval 60Portugal 2012 Sumos, polpas de fruta e ovo líquido Emmepiemme 30Tabela 1 - Exemplos de linhas de processamento da tecnologia de aquecimento óhmico (OH).Fonte: adaptado de Leadley, C. (2008) [9]43B o l e t i m  d e  B i o t e c n o l o g i a  .  A b r i l  2 0 1 5uma ferramenta promissora ao serviço de biotecnologia com efeitos já comprovados quer ao nível de estruturas celulares assim como na alteração funcional de macromoléculas de elevada importância nutricional, como são as proteínas do soro do leite. Estes resultados abrem novas perspetivas para a utilização do OH não só na área da tecnologia alimentar, mas também para aplicações nas áreas de bioprocessos e farmacêutica. O principal desafio coloca-se na necessidade de uma investigação fundamental e multidisciplinar que pro-mova um melhor entendimento acerca de como os campos elétricos podem interagir ao nível molecular com os diversos produtos-alvo de interesse.AgradecimentosRicardo N. Pereira agradece à FCT através bolsa de pós-dou-toramento (com a referência SFRH/BPD/81887/2011) e do Projeto Estratégico PEst-OE/EQB/LA0023/2013. Agradece-se ao Projeto “BioEnv - Biotechnology and Bioengineering for a sustainable world”, REF. NORTE-07-0124-FEDER-000048, cofinanciado pelo Programa Operacional Regional do Norte (ON.2 – O Novo Norte), ao abrigo do Quadro de Referência Estratégico Nacional (QREN), através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER).Referências[1] Knirsch, M. C., et al., Ohmic	heating	–	a	review. Trends in Food Science & Technology, 2010. 21(9): p. 436-441[2] Machado, L. F., et al., Moderate	electric	fields	can	inactivate	Escherichia	 coli	 at	 room	 temperature. Journal of Food Engineering, 2010. 96(4): p. 520-527[3] Cho, H. Y., A. E. Yousef, and S. K. Sastry, Kinetics	of	inactivation	of	Bacillus	 subtilis	 spores	 by	 continuous	 or	 intermittent	 ohmic	 and	 conventional		 heating. Biotechnol Bioeng, 1999. 62(3): p. 368-72[4] Kulshrestha, S. A. and S. K. Sastry, Changes	in	permeability	of	moderate	 electric	field	(MEF)	 treated	vegetable	 tissue	over	 time. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2010. 11(1): p. 78-83[5] Sensoy, I. and S. K. Sastry, Extraction	 Using	 Moderate	 Electric	 Fields. Journal of Food Science, 2004. 69(1): p. FEP7-FEP13[6] Pereira, R. N., J. A. Teixeira, and A. A. Vicente, Exploring	the	Denatura-	 tion	 of	 Whey	 Proteins	 upon	 Application	 of	 Moderate	 Electric	 Fields:		 A	Kinetic	 and	Thermodynamic	 Study. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011. 59(21): p. 11589-11597[7] Rodrigues, R. M., et al., Influence	of	moderate	electric	fields	on	gelation	 of	whey	protein	isolate. Food Hydrocolloids, 2015. 43(0): p. 329-339[8] Pereira, R. N., et al., Effects	of	Electric	Fields	on	Protein	Unfolding	and	 Aggregation:	 Influence	on	Edible	Films	Formation. Biomacromolecules, 2010. 11(11): p. 2912-2918[9] Leadley, C., Novel	Comercial	Preservation	Methods, in Biodeterioration	 and	 Preservation, G. S. Tucker, Editor 2008, Blackwell Publishing: Oxford. p. 211-244Figura 1 – Comportamento viscoelástico e micrografias de contraste de fase (ampliação de 40x) de géis de isolado de proteína do soro produzidos por: a) aqueci-mento convencional (COV); b) aplicação de campos elétricos moderados (MEF).

Aquecimento óhmico: uma ferramenta ao serviço da biotecnologia

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