Instrumentação no processo de fabricação do leite

Instrumentação no processo de fabricação do leite

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Alexandre Weslley dos Santos Romeiros, Lucas Brandão Viegas de Freitas UNIVERSIDADE CATÓLICA DOM BOSCO – UCDB CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – CCET CURSO DE ENGENHARIA MECATRÔNICA – 8º SEMESTRE

Resumo

Este trabalho apresenta o processo de instrumentação contido nas formas de manejo com o leite em sua forma industrializada. Cada etapa da produção do leite desde a sua chegada até a conservação na câmara fria é dotada de instrumentos medidores de vazão, temperatura, pressão e especiais que são mostrados na etapa físico-químicos. Outro objetivo é identificar, listar e explicar o funcionamento de cada um desses equipamentos de acordo com cada etapa da fabricação.

Palavras-chave: Instrumentação, Leite, Homogeneização, Pasteurização. Abstract

This paper presents the instrumentation process contained in the forms of the milk management in its processed forms. Each and every stage of milk production, from its arrival until storage in the freezer chamber, is equipped with instruments such as flow, temperature, pressure and special features meters which are shown in the physicochemical steps. Another aim is to identify, list and explain the operation of each piece of equipment in accordance with each stage of manufacture.

Keywords: Instrumentation, Milk, Homogenization, Pasteurization. 1. Introdução

As tecnologias dos equipamentos baseados na fabricação do leite são cada vez mais inovadoras devido à interferência na qualidade do produto. Dentro destas tecnologias, os instrumentos de medidas também têm que ser inovados. As indústrias de laticínios se destacam no mercado com o desenvolvimento do sistema de produção leiteira, principalmente na parte de testes de gordura, acidez e porcentagem de água no leite, porque esses testes podem prejudicar posteriormente ao consumidor.

As indústrias têm a estratégia de estarem próximas aos produtores da região para a coleta rápida do leite, e assim, não seja modificada sua composição química referente ao processo físico-químico, e também em relação à distribuição.

2. Característica do processo de fabricação

Uma fábrica de leite é composta por tanques de silo e armazenamento do leite, pasteurizador, homogenizador, desnatadeira, empacotadora, tanque e câmara de refrigeração, caldeiras e caixa de água gelada.

O processo inicia-se com a chegada do leite coletado dos produtores da região próximos da fábrica. Após o recebimento do leite é retirada uma amostra do tanque do caminhão para análise físico-químico para verificar se o leite está dentro dos padrões previstos. No laboratório são realizados alguns testes, sendo eles: alizarol, acidez, crioscopia e teor de gordura.

Após os testes e o leite sendo aprovado, o leite é transportado dos caminhões para o tanque de leite cru passando por um medidor de vazão. Depois, o leite passa pela etapa de homogeneização e pasteurização.

Assim que o leite sai da pasteurização parte para um tanque frio e logo em seguida é envasado e armazenado em uma câmara fria.

2.1 Testes físico-químicos 2.1.1 Teste do alizarol

Ao ser ordenhado, o leite não apresenta nenhuma fermentação. Depois de algum tempo, com a ação da temperatura e com a perda dos inibidores naturais, o leite passa a produzir um tipo de fermento que é medido pela acidez. Portanto, é atribuída à acidez a perda do leite do produtor nas usinas, quando a fermentação produzida ultrapassa a 1,8 gramas por litro de leite, que é igual 18° D (18 graus Dornic). O teste do alizarol (figura 1) não mede exatamente a acidez do leite, mas sim, verifica sua tendência a coagular. O leite que coagula nessa prova não resiste ao calor, portanto, não pode ser misturados aos demais (EMBRAPA).

Figura 1. Teste do Alizarol. Fonte: Imbaúba Laticínio. 2.1.2 Teste da acidez

No teste da acidez titulável, uma substância básica (isto é, alcalina), o hidróxido de sódio (NaOH), é usada para neutralizar o ácido do leite. Uma substância indicadora (fenolftaleína) é usada para mostrar a quantidade do álcali que foi necessária para neutralizar o ácido do leite. O indicador permanece incolor quando misturado com uma substância ácida, mas adquire coloração rosa em meio alcalino. Portanto, o álcali (NaOH N/9) é adicionado ao leite até que o leite adquirira a coloração rósea. Cada 0,1 mL da solução de NaOH N/9 gasto no teste corresponde a 1oD ou 0,1g de ácido láctico/L (EMBRAPA).

2.1.3 Teste do crioscópio

O instrumento crioscópio (figura 2) tem como objetivo a análise do leite, em especial no que tange à adulteração com água, o que é hoje um trabalho de rotina em todas as indústrias de lacticínios.

Figura 2. Crioscópio. Fonte: Imbaúba Laticínios.

A adição de água ao leite não só reduz a qualidade do mesmo como também ocasiona seu estrago e contaminação, o que pode representar um perigo à saúde.

O método de análise é simples e efetua-se pela medição do ponto de congelamento, que é praticamente o único método aceito no mundo inteiro.

O crioscópio eletrônico digital é um equipamento que determina o ponto de congelamento do leite num tempo de dois minutos, aproximadamente (ITR).

O ponto de congelamento do leite normal, que não recebeu adição de água, está entre -0,530ºH e -0,545ºH. O ponto de congelamento varia em função do meio ambiente, pastagens, tratamento, lactação e região (ITR). Equação para cálculo da porcentagem de água.

T = Índice Padrão T’= Crioscopia Encontrada

Ex.: T = 540 e T’=520

O sistema de resfriamento é feito por um transdutor elétrico e os valores de medida são captados por um termistor, linearizados por circuito com amplificador operacional (ITR).

2.1.4 Teste do teor de gordura

A determinação do teor de gordura no leite pode ser realizada através de métodos químicos ou eletrônicos (espectrofotômetro), porém a determinação pelo “ácidobutirômetro de Geber” é a mais generalizada.

O método de Gerber está baseado na propriedade no qual o ácido sulfúrico de digere as proteínas do leite, sem atacar a matéria gorda. A separação da gordura ocorre por centrifugação (diferença de densidade) e o volume de gordura é obtido diretamente, pois o componente mais leve (a gordura) se acumula na parte superior do butirômetro, isto é, na haste graduada do mesmo (Castro, Patrícia de S.). Os instrumentos principais para esse seguimento é a centrífuga de Gerber (figura 3) e outro para o banho-maria (figura 4).

Figura 3. Centrífuga de Gerber. Fonte: Imbaúba Laticínio.

Figura 4. Instrumento para banho-maria. Fonte: Imbaúba Laticínio.

Segundo Patrícia de S. Castro (2006), o procedimento para esse teste deve ser feito da seguinte forma: Procedimento: - Colocar no butirômetro 10 mL de ácido sulfúrico;

- Adicionar 1 mL de leite, com cuidado para não misturar com o ácido;

- Adicionar 1 mL de álcool isoamílico;

- Limpar com lenço de papel as bordas internas do gargalo do butirômetro e fechar com rolha apropriada; Obs. Molhar a rolha com álcool isoamílico para escorregá-la com facilidade pelo butirômetro; - Envolver o butirômetro em pano e agitar, invertendo várias vezes, de modo que os 3 líquidos se misturem e, ao final, agite vigorosamente eliminando qualquer resíduo de leite. Tomar cuidado, pois há aquecimento; - Centrifugar durante 5 minutos a 1000-1200 RPM em centrífuga de Gerber;

- Levar em banho-maria a 65ºC durante 5 min. Com rolha para baixo;

- Retirar o butirômetro do banho, mantendo a rolha para baixo;

- Colocar a camada de gordura dentro da escala do butirômetro, se for necessário manejando a rolha; - A leitura deverá ser feita na parte inferior do menisco e dará diretamente a porcentagem de gordura. Obs. Molhar a rolha com álcool isoamílico para escorregá-la com facilidade pelo butirômetro.

2.1.5 Armazenamento

Após o leite ser liberado pelo laboratório físico-químico o leite é transportado dos caminhões para o tanque de leite cru, passando por um medidor de vazão (figura 5). Para o armazenamento utiliza-se o silo de leite. Nestes silos encontra-se o medidor de nível para a estocagem do leite.

Os medidores de níveis podem ser de medida direta quando o elemento de medição tem contato direto com a substância a ser medida, ou de medida indireta quando a medição é obtida por meio de grandezas físicas como pressão, empuxo, propriedades elétricas, radiação, ultra-som, etc. (Fialho, Arivelto B.).

2.2 Homogeneização

O leite é transportado do tanque de leite cru para o homogeneizador (figura 6) por dutos forçados de aço inox.

Figura 6. Homogeneizador. Fonte: Imbaúba Laticínio.

A finalidade da homogeneização é diminuir o diâmetro dos glóbulos de gordura do leite de 2 - 10 µm para 0,8 - 3 µm, de maneira a atrasar ou impedir a separação da fase de gordura. Esta operação se realiza em um homogeneizador de válvulas (Révillion, Jean P.).

O sistema de homogeneização deve ser realizado em temperatura superior a 54°C, de maneira que toda a gordura esteja em estado líquido. No homogeneizador, uma bomba de alta pressão faz passar o leite através de uma primeira válvula, em que a contrapressão atinge de 15 a 20 KPa (em torno de 150-200 kg/cm2), onde se produz a ruptura e a divisão dos glóbulos de gordura. Devido à alta pressão, a temperatura do leite se eleva e produz a desnaturação das aglutininas. Porém, ao mesmo tempo, a coalescência da gordura é favorecida pela alta temperatura. Para anular esse segundo efeito, o produto passa por uma segunda válvula onde a contrapressão é de 2 a 4 KPa (20-40 Kg/cm2) (Révillion, Jean P).

A homogeneização necessita de dois manômetros, um pra cada válvula. Um exemplo desses manômetros é apresentado na (figura 7). É um manômetro com selo sanitário – RTM 90.

Figura 7. Manômetro com selo sanitário – RTM 90. Fonte: Temper União Ltda..

O medidor de pressão mais conhecido e utilizado é o tubo de Bourdon. O tubo de Bourdon sofre uma deformação originada da compressão de um fluido em seu interior causando-lhe uma deformação proporcional que é acusada por um ponteiro movendo-se sobre uma escala (Fialho, Arivelto B.).

2.3 Pasteurização

Pasteurização é o nome do processo que elimina todos os elementos do leite que podem ser maléficos à saúde e que ainda preserva as vitaminas e os lactobacilos vivos. O processo de pasteurização tem seu nome baseado no de seu inventor, Pasteur, e consiste em aquecer o leite a uma temperatura entre 72 e 75º C, por um intervalo de 15 a 20 segundos e depois resfriar a 4º C garantindo a qualidade do leite no seu prazo de validade (Imbaúba Laticínio).

O processo de pasteurização normalmente ocorre no sistema HTST - High

Temperature Short Time - em um equipamento denominado trocador de calor a placas (figura 8). Esse equipamento é composto de várias placas de aço inox, dispostas verticalmente em uma estrutura rígida (Révillion, Jean P.).

Figura 8. Trocador de calor. Fonte: Invensys APV.

Este tipo de trocador de calor consiste basicamente de um pacote de finas placas metálicas corrugadas comprimidas por parafuso de aperto e um pedestal. Entre cada par de placas são usadas gaxetas para formar canais de escoamento pelos quais os fluidos, quente e frio circulam alternadamente, trocando calor através das placas metálicas.

O pasteurizador (figura 9) é dotado de serpentinas que o leite passa em seu interior, aquecidas por água quente com média de temperatura de 75ºC proveniente da caldeira e resfriada com água gelada proveniente da caixa de água gelada á 4ºC.

Figura 9. Pasteurizador. Fonte: Imbaúba Laticínio.

Para registrar a temperatura utiliza-se termômetro digital que é de fácil leitura.

Os termômetros digitais possuem internamente sensores que pode ser, por exemplo, do tipo termopar.

Segundo Arivelto B. Fialho (2004), o princípio de funcionamento de um termopar parte de algumas propriedades elétricas se manifestarem em função da temperatura quando dois metais diferentes são unidos de modo a formar uma junção. Dessa junção observa-se por meio de um milivoltímetro o aparecimento de uma tensão, que depende da temperatura.

Através dos termopares fica mais fácil de montar um circuito eletrônico que registre a temperatura, já que está trabalhando com a tensão.

Como a temperatura do leite fica entre 72°C e 75°C e depois cai para 4°C, para o controle dessas temperaturas, o pasteurizador possui um termostato.

Um tipo de termostato é o construído com lâminas bimetálicas (duas lâminas de metais diferentes firmemente ligadas), que, quando aquecidas ou resfriadas, se dilatam ou se contraem, encurvando-se ou endireitando-se, abrindo ou fechando circuitos elétricos. Isso ocorre porque cada metal tem uma dilatação típica (GREF).

Após a pasteurização o leite é enviado para o tanque de leite pasteurizado, onde ele fica estocado a uma temperatura de 4º C pronto para o envase.

O empacotamento pode ser realizado por uma máquina automática. Após o empacotamento retira-se uma amostra a cada 100 unidades produzidas e é aferido seu peso, para liberar o lote para a câmara fria que estoca o produto á 4º C até ser fornecido aos clientes.

Ao fim de todo o processo, desde a recepção até o empacotamento, realiza-se a esterilização dos dutos e equipamentos, com os produtos dos tanques CIP (Cleaning in Place – Limpeza no local) localizados em local apropriado afastado da linha de produção, pois contem soda cáustica, água quente, enxaguantes e salinizantes.

Resultados e discussão

Os instrumentos relacionados na pesquisa mostraram ser de suma importância na indústria leiteira para agregar maior valor ao produto, auxiliando na supervisão dos processos de fabricação em cada uma de suas etapas, melhorando assim na qualidade do produto oferecido ao consumidor final. Além de garantir a empresa qualidade superior para com a concorrência e sendo requisitos para se obter selos de qualidade e higiene do produto.

Conclusões

Por se tratar de um alimento verifica-se que o leite requer grande atenção nos processos físico-químicos, pois um erro durante os testes ou a falta de uma etapa desses, compromete um silo de leite inteiro, além das outras etapas e a produção que não pode parar. O lugar onde é instalado o parque fabril tem que ser próximo aos produtores de leite para que o mesmo não tenha as propriedades alteradas com o tempo que leva até chegar à indústria. Observa-se que os instrumentos mais utilizados na indústria são os termômetros e manômetros, que são distribuídos nas tubulações por onde passam o leite, são utilizados em silos de leite e mais importantes nas etapas de homogeneização e pasteurização. Na pasteurização, o sensor de temperatura tem que ser bem calibrado para registrar o valor adequado, porque se ele não estiver não elimina os elementos maléficos a saúde e nem preserva as vitaminas e nem os lactobacilos. Dessa forma confirma-se a importância dos instrumentos de medida na fabricação do leite.

Agradecimentos

Agradecemos ao Laticínio Imbaúba, pelo apoio para coleta de dados, e a diretoria administrativa da mesma empresa, por se importar em auxiliar acadêmicos em sua formação.

Referências

EMBRAPA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Disponível em: <http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Leite/GadoLeiteiroZonaBr agantina/paginas/qualidade.htm>. Acessado em: novembro de 2009.

EMBRAPA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Disponível em: <http://w.agencia.cnptia.embrapa.br/Agencia8/AG01/arvore/AG01_194_217200392 46.html>. Acessado em: novembro de 2009.

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