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.
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