Propriedades Térmicas de Alimentos congelados: um passo importante para a modelagem de processos

O conhecimento de propriedades físicas e térmicas de alimentos é essencial para o projeto de processos e de equipamentos na área de alimentos congelados. Só é possível determinar requisitos de refrigeração e tempos de congelamento se houver informações quantitativas disponíveis sobre as propriedades de alimentos. Consideráveis esforços de pesquisa têm sido realizados para medir e modelar as propriedades de alimentos sob diversas condições de processo. 

Dentre as propriedades de maior importância podem ser destacadas: densidade, condutividade térmica, capacidade calorífica e difusividade térmica. Propriedades físicas e térmicas de alimentos determinadas a temperaturas acima do congelamento são de uso limitado em condições de congelamento.

Durante o processo de congelamento, a água muda gradualmente do estado líquido para o estado sólido. Como as propriedades do gelo são diferentes daquelas da água líquida, as propriedades de alimentos determinadas a temperaturas acima do congelamento não costumam ser válidas para temperaturas abaixo do ponto de congelamento. Além disso, a densidade e a porosidade possuem um efeito predominante sobre propriedades térmicas. A variação mais acentuada nessas propriedades é observada a temperaturas próximas do ponto de congelamento. Desse modo, a determinação e a modelagem de propriedades térmicas de alimentos sob condições de congelamento requerem o conhecimento explícito do estado físico da água contida nos alimentos.

À medida que um alimento é congelado, não se observa uma mudança de fase abrupta; ao invés disso, a transição de água líquida para gelo ocorre num intervalo de temperaturas. A maioria dos produtos alimentares começa a congelar entre –1oC e –3oC. A principal mudança na fase ocorre em temperaturas de 4-10oC abaixo da temperatura inicial de congelamento e o processo de mudança de fase só pode ser considerado como findo quando as temperaturas caem abaixo de –40oC. Como a maioria dos alimentos contém grandes quantidades de água, a mudança de fase da água para o gelo tem uma influência dramática sobre as propriedades térmicas dos alimentos.

A. Densidade

A densidade de um produto alimentar é medida pesando-se um volume conhecido do produto. Uma vez que produtos alimentares possuem diferentes formas e tamanhos, a medição precisa do volume pode ser um desafio. Mohsenin (1978) oferece diversas técnicas para determinar o volume de alimentos. Contudo, as publicações nessa área apresentam poucas aplicações desses métodos para medir a densidade de alimentos congelados.

B. Condutividade Térmica

A medição da condutividade térmica tem envolvido tanto o uso de métodos em regime estacionário como transientes. Um procedimento em regime estacionário incorporando um método "guarded plate" foi usado por Lentz (1961) para medir a condutividade de alimentos congelados. Um procedimento em regime transiente utilizando uma sonda foi empregado por Sweat et al. (1973) e também por Hough & Calvelo (1978). Thompson et al. (1983) usou o método da sonda para medir a condutividade térmica de milho congelado e Ramaswamy & Tung (1981) usou o mesmo método para medir a condutividade térmica de maçãs congeladas.

C. Entalpia

A entalpia de alimentos congelados tem sido basicamente determinada através de métodos calorimétricos.

D. Capacidade Calorífica

A capacidade calorífica é usualmente determinada por métodos calorimétricos. Contudo, tais métodos são mais úteis para o caso em que a mudança de fase ocorre a temperatura constante. Durante o congelamento de alimentos, a mudança de fase ocorre num intervalo de temperaturas o que resulta numa aplicação limitada dos métodos calorimétricos. Um procedimento alternativo envolve a determinação experimental das entalpias de alimentos numa faixa de temperaturas e em seguida o cálculo da capacidade calorífica aparente

a partir desses dados.

E. Difusividade Térmica

A maior parte dos dados publicados sobre difusividade térmica se baseia em cálculos a partir de valores de condutividade térmica, densidade e capacidade calorífica. Medidas diretas da difusividade térmica não são muito comuns.