Melhoria da eficiência energética do processamento por alta pressão

O processamento por alta pressão (HPP) é um método não térmico de conservação de alimentos que garante a segurança microbiológica e prolonga o prazo de validade, mantendo a qualidade dos alimentos, embora as suas ineficiências energéticas devidas ao ar e ao gás retidos representem desafios operacionais para uma implementação sustentável. A desgaseificação ultrassónica do líquido transmissor de pressão e dos alimentos líquidos reduz a compressibilidade, minimizando as perdas de energia e melhorando a eficiência global do processo HPP.

Processamento por alta pressão (HPP): desafios de eficiência energética

O processamento por alta pressão (HPP) é uma das principais técnicas não térmicas de conservação de alimentos, oferecendo uma combinação de inativação microbiana e preservação da qualidade dos produtos alimentares líquidos e sólidos. A tecnologia HPP garante a segurança alimentar e prolonga o prazo de validade sem comprometer as propriedades sensoriais ou nutricionais dos alimentos, correspondendo à crescente preferência dos consumidores por produtos minimamente processados. Contudo, as necessidades energéticas do HPP representam desafios operacionais significativos, particularmente devido às ineficiências introduzidas pelo ar e pelo gás retidos no processo. Resolver estes desafios é fundamental para concretizar todo o seu potencial para a produção sustentável de alimentos.

Visão geral: HPP e os seus desafios energéticos

A solução: desgaseificação ultrassónica dos líquidos utilizados no HPP

A desgaseificação ultrassónica oferece uma solução eficiente para melhorar a eficiência energética do processamento por alta pressão (HPP), removendo o ar e o gás retidos tanto no líquido transmissor de pressão como nos produtos alimentares líquidos. Ao aplicar ultrassons de potência, a cavitação ultrassónica promove a rápida coalescência e libertação de bolhas de gás, reduzindo a compressibilidade e minimizando as perdas de energia durante a compressão. Esta otimização não só reduz os custos operacionais, como também melhora a estabilidade do processo, tornando o HPP mais sustentável e eficaz na conservação de alimentos.
 

Desgaseificação ultrassónica da água

Como funciona o HPP

O processamento por alta pressão (HPP) funciona submetendo os produtos alimentares, normalmente em embalagens flexíveis e impermeáveis, a pressões extremamente elevadas de até 6 000 bar (600 MPa). O processo decorre num recipiente de alta pressão cheio de água e segue uma sequência simples:

1. Carregamento: Os produtos embalados são colocados em cestos de plástico e transportados para o interior do recipiente de alta pressão.
2. Pressurização: O recipiente é enchido com água, que atua como meio transmissor de pressão. O sistema é então pressurizado até ao nível pretendido, normalmente mantido durante alguns minutos.
3. Efeito isostático: A pressão é aplicada de forma uniforme e instantânea a todo o produto, independentemente do seu tamanho, forma ou composição. Esta pressão isostática inativa os microrganismos transmitidos pelos alimentos e as enzimas responsáveis pela deterioração, sem esmagar nem deformar o produto.
4. Despressurização e descarga: O recipiente é despressurizado, a água é drenada e os produtos tratados são transportados para o exterior, prontos para consumo ou processamento posterior.

Processamento por alta pressão (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

 
O método HPP garante a segurança alimentar, preservando o sabor, a textura e o teor de nutrientes. Contudo, este processo requer um consumo significativo de energia, um fator influenciado por várias ineficiências operacionais.

Desafios do elevado consumo de energia no HPP

Uma das principais desvantagens do HPP é o seu elevado consumo de energia. As elevadas necessidades energéticas do processo resultam de:

• Pressurização da água (líquido de acoplamento): A água utilizada para transmitir a pressão isostática requer uma quantidade significativa de energia para ser comprimida e manter a pressão pretendida.
• Ar e gás retidos no líquido de acoplamento: As bolhas de ar na água reduzem a eficiência da transmissão de pressão, aumentando as necessidades energéticas. Estas bolhas comprimem-se durante a pressurização, absorvendo energia que, de outro modo, poderia ser utilizada para tratar o produto alimentar.
• Gás nos produtos embalados: O ar ou gás retido nos alimentos embalados (por exemplo, em produtos enlatados ou semissólidos) contribui igualmente para a perda de energia. A compressão das bolsas de gás internas requer energia adicional e pode interferir com a uniformidade da pressão.
• Perdas de energia térmica: Embora o HPP seja considerado um processo não térmico, parte da energia dissipa-se sob a forma de calor devido à compressão da água e ao atrito do equipamento. Isto aumenta os custos operacionais e as necessidades de arrefecimento.

Impactos do ar e do gás retidos nas necessidades energéticas do HPP

A presença de ar e gás afeta significativamente a eficiência do HPP:

• Redução da eficiência da transmissão de pressão: O ar e o gás comprimem-se mais facilmente do que os líquidos, o que significa que é necessária energia adicional para atingir a mesma pressão no interior do recipiente.
• Tempos de processamento mais longos: O ar e o gás retidos atrasam a estabilização da pressão isostática, prolongando a duração dos ciclos.
• Desperdício de energia: As bolsas de gás comprimido libertam energia durante a despressurização, que não pode ser recuperada, contribuindo para a ineficiência global.

Estes efeitos são especialmente acentuados no processamento de produtos alimentares com um teor de ar naturalmente elevado ou com embalagens que retêm gás no espaço livre acima do produto, como os produtos enlatados ou embalados a vácuo.

Estratégias para enfrentar os desafios energéticos do HPP

Os esforços para melhorar a eficiência energética do HPP centram-se na redução da influência do ar e do gás no sistema:
Pré-tratamento – desgaseificação ultrassónica:
A aplicação de ultrassons para remover o ar e o gás dissolvidos do líquido de acoplamento e dos produtos alimentares pode reduzir significativamente o desperdício de energia. A cavitação ultrassónica rompe eficazmente as bolhas de gás, permitindo que escapem antes da pressurização.
Além disso, os produtos podem endurecer após a desgaseificação ultrassónica sob vácuo, particularmente os produtos enlatados ou selados.

Diminuição do oxigénio dissolvido ao longo do tempo utilizando o sonicador UP400ST com amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40% e 20 %.
Estudo: ©Rognerud et al., 2020.

Sonicação como alternativa para um HPP sustentável

Os sistemas híbridos de HPP que combinam ultrassons de elevado desempenho com calor moderado (termossónicação) ou com pressão elevada e calor moderado (manotermossónicação) são técnicas alternativas promissoras que proporcionam uma homogeneização e uma pasteurização fiáveis em condições suaves e com baixo consumo de energia. Uma vez que a pasteurização ultrassónica é um processo em linha, mesmo grandes volumes podem ser processados com elevada eficiência de custos.
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Embora o HPP seja amplamente utilizado no processamento de alimentos, as suas elevadas necessidades energéticas, agravadas pelas ineficiências decorrentes do ar e do gás retidos, representam um desafio crítico. Ao integrar estratégias como a desgaseificação ultrassónica, a indústria alimentar pode melhorar a sustentabilidade e a relação custo-eficácia do HPP.
A Hielscher Ultrasonics é o parceiro de confiança para soluções de processo na otimização do HPP, oferecendo tecnologia ultrassónica avançada para melhorar a eficiência energética e a fiabilidade do processo. Além disso, a Hielscher fornece soluções inovadoras para a pasteurização sinérgica de alimentos assistida por ultrassons, garantindo produtos alimentares seguros e de elevada qualidade.