Processamento de leite UHT

Aspectos microbiológicos

O principal objectivo microbiológico do processamento UHT é inactivar bactérias formadoras de esporos que possam crescer durante o armazenamento e causar deterioração. Os principais alvos são espécies de Bacillus, particularmente as resistentes ao calor, tais como B. licheniformis e B. subtilus. Geobacillus stearothermophilus é um esporeformador extremamente resistente ao calor encontrado no leite, mas como só cresce a temperaturas superiores a cerca de 50°C, não causa problemas no leite UHT, a menos que o leite seja severamente abusado durante o armazenamento. Em tempos relativamente recentes, outro esporeformador extremamente resistente ao calor, B. sporothermodurans, tem causado problemas no leite UHT; infelizmente, ao contrário de G. stearothermophilus, este organismo é mesofílico, isto é, pode crescer à temperatura ambiente5.

As condições térmicas usadas para o processamento UHT foram concebidas para dar uma redução de 9 litros nos esporeformadores resistentes ao calor. Isto é equivalente a um índice bacteriológico (B*) de 1. Um processo UHT deve ter um B* de pelo menos 1. Na prática, a maioria das plantas UHT excede esta exigência por uma margem razoável. Muitas combinações diferentes de tempo de temperatura que variam entre 130°C durante ~30 segundos e 160°C durante menos de 0,05 segundos poderiam alcançar este objectivo mas, na realidade, tempos de espera muito longos e muito curtos não são comercialmente práticos. As temperaturas UHT mais comuns utilizadas comercialmente variam entre 137°C e 145°C6.

O processo UHT

As principais etapas de um processo UHT são as seguintes:

• Aquecimento prévio, com ou sem tempo de retenção
• Homogenização (para sistemas indirectos)
• Aquecimento à temperatura de esterilização
• Segurar à temperatura de esterilização
• Frio inicial
• Homogeneização (posição alternativa para sistemas directos ou indirectos)
• Final cooling
• Aseptic packaging

A fase de pré-aquecimento leva a temperatura de ~ 5°C a ~90°C, utilizando a pós-esterilização do leite quente como fonte de aquecimento em permutadores de calor tubulares ou em placas. Esta etapa de regeneração de calor é muito importante para a eficiência energética da planta UHT. Mais de 90 por cento do calor pode ser regenerado, embora este valor varie com o tipo de planta. Em algumas plantas, o leite é mantido durante algum tempo num tubo de retenção após pré-aquecimento, por exemplo, durante 60 segundos a ~95°C, como na Figura 1. A principal razão para esta etapa é reduzir a quantidade de sujidade, ou formação de depósito, nos trocadores de calor subsequentes, embora, como se observa abaixo, também possa ter um efeito importante na qualidade do produto final ao inactivar uma enzima natural do leite.

A etapa final de aquecimento até à temperatura de esterilização necessária é alcançada por um de dois tipos principais de aquecimento, os chamados sistemas directos e indirectos. Os sistemas directos aquecem o leite por contacto directo com vapor sobreaquecido culinário enquanto os sistemas indirectos empregam permutadores de calor nos quais o vapor sobreaquecido aquece o leite indirectamente através de uma barreira de aço inoxidável sob a forma de um tubo ou placa. Os sistemas directos podem ser um tipo de injecção em que o vapor é injectado no leite, ou um tipo de infusão em que o leite é infundido numa câmara de vapor sobreaquecido. A maior diferença entre os sistemas directos e indirectos é a velocidade a que o leite é aquecido. Os sistemas directos aquecem o leite desde a temperatura de pré-aquecimento até à temperatura de esterilização em menos de um segundo, enquanto que os sistemas indirectos podem levar vários segundos a minutos. A principal consequência desta diferença é que, para o mesmo efeito bactericida, os sistemas directos produzem muito menos alterações químicas nos constituintes do leite do que os sistemas indirectos7,

Quando a temperatura de esterilização é atingida, o leite entra num tubo de retenção. A temperatura do leite e o tempo que leva a passar por este tubo de retenção são as condições nominais que são normalmente citadas para um processo UHT, por exemplo, 140°C durante cinco segundos. Embora esta seja uma convenção conveniente, não dá uma imagem real do processo térmico a que o produto é submetido. Muitas alterações químicas e microbiológicas ocorrem na etapa de aquecimento imediatamente antes e na etapa de arrefecimento imediatamente após a etapa de esterilização, pelo que estas secções da instalação devem ser tidas em conta, para além do tubo de retenção da esterilização, ao considerar a extensão destas alterações.

O arrefecimento inicial do produto em sistemas directos é conseguido muito rapidamente, uma vez que é passado através de uma câmara de vácuo que remove a água condensada no produto durante o aquecimento a vapor e, ao fazê-lo, devolve a temperatura do produto para se aproximar da temperatura a partir da qual foi aquecido, normalmente cerca de 75°C. Na etapa final de arrefecimento em sistemas directos, e em ambas as etapas de arrefecimento em sistemas indirectos, o calor do leite quente é transferido para o leite frio nas etapas de pré-aquecimento/regeneração de calor.

Quando a gordura está presente no produto, tal como no leite inteiro, inclui-se uma etapa de homogeneização. Esta é realizada a 60-70°C, antes ou depois da etapa de esterilização. Se o homogeneizador estiver a jusante da etapa de esterilização, deve ser asséptico, uma vez que não podem ser introduzidas bactérias após a esterilização. Isto coloca claramente uma grande procura sobre os operadores da planta para assegurar que o homogeneizador seja asséptico e, por esta razão, sempre que possível, a homogeneização é realizada antes da esterilização. No entanto, verificou-se que o leite processado por um processo de aquecimento directo tem de ser homogeneizado a jusante para quebrar os agregados de proteínas que se formam durante o aquecimento e causam um sabor adstringente no leite.

A etapa de embalagem asséptica é crucial. O produto deve ser transferido após arrefecimento para a embalagem final e a embalagem selada sem introduzir sequer uma célula bacteriana. Na maioria das plantas comerciais, o produto é mantido num tanque asséptico antes de ser enviado para o embalador asséptico. Estão disponíveis vários tipos de embalagem, mas os mais comuns são o papelão e o plástico multicamadas. As embalagens são esterilizadas antes de serem enchidas, geralmente com peróxido de hidrogénio quente seguido de ar quente para remover o peróxido residual.

Alterações no leite durante o processamento UHT

É inevitável que o aquecimento de um produto como o leite a temperaturas até ~140°C tenha algum efeito sobre os seus constituintes, para além dos efeitos bactericidas pretendidos. Além disso, o armazenamento à temperatura ambiente durante longos períodos de tempo (até 12 meses) causa efeitos adicionais.

Aos consumidores habituados a beber leite pasteurizado que difere pouco no sabor do leite cru, o leite UHT parece ter frequentemente um sabor cozinhado ou aquecido. A moderna tecnologia UHT minimiza a produção deste sabor mas a maioria dos consumidores ainda o consegue detectar e é uma das razões pelas quais muitos consumidores preferem leite pasteurizado8. O sabor típico do leite UHT deve-se a uma combinação de sabores, os principais dos quais são os sabores sulfurosos causados por compostos voláteis de enxofre libertados da proteína do soro de leite, e as proteínas da membrana que envolve o glóbulo de gordura do leite9. Outros contribuidores são os compostos carbonílicos alifáticos formados durante o aquecimento e os compostos formados na reacção de Maillard. Imediatamente após o fabrico, o leite UHT tem um forte odor e sabor sulfuroso devido ao sulfureto de hidrogénio e outros compostos voláteis de enxofre, tais como o tiol de metano. Estes compostos são marcadamente reduzidos na primeira semana, presumivelmente através de oxidação.

O passo inicial na reacção de Maillard é a reacção entre lactose e lisina nas proteínas do leite, principalmente nas proteínas do soro de leite. De facto, a extensão desta reacção é uma indicação da intensidade do calor dado ao leite. Na prática, é medida como furosina, um produto formado quando a proteína contendo lactose é submetida a hidrólise ácida. Outro indicador do tratamento térmico é a lactulose, um isómero da lactose10.

As proteínas do soro de leite, particularmente β-lactoglobulina que forma cerca de 50% destas proteínas solúveis no leite, são desnaturadas por aquecimento acima de cerca de 70°C, de modo que no leite UHT, uma grande percentagem das proteínas do soro de leite estão no estado desnaturado e existem em grande parte como complexos com caseínas.

A instabilidade das proteínas do soro de leite ao calor tem outra consequência durante o processamento UHT. Algumas proteínas do soro de leite desnaturam e fixam-se às superfícies dos permutadores de calor em depósitos proteicos que obstruem o fluxo de leite e podem eventualmente causar o encerramento da fábrica para limpeza. No entanto, este não é o único tipo de depósito formado durante o processamento UHT. A temperaturas elevadas, acima de cerca de 110°C, o fosfato de cálcio precipita-se também nas paredes, aumentando a “incrustação” causada pelas proteínas do soro2,

Surpresa, o processo UHT tem apenas um efeito mínimo no valor nutritivo do leite. Há uma pequena diminuição nas vitaminas hidrossolúveis, mas praticamente nenhuma alteração nas vitaminas lipossolúveis. As proteínas, de facto, têm demonstrado ser mais digeríveis no leite UHT em resultado do tratamento térmico11. O tratamento UHT pode também reduzir a alergenicidade das proteínas do leite.

As alterações químicas causadas por uma determinada planta podem ser resumidas num índice químico, C*. Um C* de 1 é equivalente a três por cento da destruição da vitamina B, tiamina. As plantas UHT devem funcionar em condições que dêem um C* de menos de 1 para evitar danos químicos excessivos. Os sistemas de aquecimento directo UHT têm valores de C* inferiores aos dos sistemas indirectos. Portanto, uma melhor descrição de uma planta UHT é fornecida pelas suas plantas B* e C* em vez da combinação de temperatura-tempo convencionalmente utilizada do tubo de retenção de esterilização.

Maior das alterações acima referidas que ocorrem durante o processamento a alta temperatura do leite foram estudadas em profundidade e a sua cinética de reacção foi trabalhada. Estas permitem estimar matematicamente as alterações que ocorrem numa determinada fábrica de UHT. A informação básica sobre uma planta que permite que isto seja feito é o perfil de temperatura-tempo. Este perfil pode variar consideravelmente, como ilustrado nas figuras 1 e 2, que mostram perfis de duas instalações comerciais UHT, um sistema indirecto e um sistema directo, respectivamente. Portanto, quando a cinética para uma determinada alteração, por exemplo, a desnaturação de β-lactoglobulina, e o perfil de temperatura-tempo de uma planta UHT são conhecidos, o efeito dessa planta sobre uma gama de componentes do leite pode ser previsto. Felizmente, os cálculos para o fazer podem ser efectuados por um computador12 e o software para este fim está disponível comercialmente, por exemplo, NIZO Premia13. Os valores B* e C* acima mencionados também podem ser calculados, uma vez que são definidos por fórmulas matemáticas. Infelizmente, não é fácil obter o perfil de temperatura-tempo para a maioria das plantas, uma vez que uma descrição completa da planta em termos de temperaturas e tempos em todas as secções não está prontamente disponível. No entanto, quando estão disponíveis, é possível obter uma grande quantidade de informação sobre a planta em geral e o produto produzido. Uma aplicação desta simulação informática é a comparação dos efeitos de plantas-piloto de pequena escala com plantas comerciais de tamanho normal, para permitir que as plantas-piloto sejam configuradas para corresponderem ao equipamento comercial UHT de tamanho normal6.

Alterações no leite UHT durante o armazenamento

Leitar leite em boas condições à temperatura ambiente durante até 12 meses é um grande desafio devido à miríade de alterações que podem ter lugar. O sabor muda através do progresso da reacção de Maillard e através da oxidação por oxigénio dissolvido no leite. Os principais compostos de sabor produzidos são metil-cetonas e aldeídos alifáticos, mas é gerado um grande número de compostos de sabor. Outros sabores que se podem desenvolver durante o armazenamento são devidos à acção de enzimas bacterianas resistentes ao calor que podem estar presentes no leite cru e sobreviver ao tratamento térmico UHT. Estes incluem lipases, que decompõem a gordura e formam ácidos gordos livres, alguns dos quais têm sabores fortes, e proteases que decompõem proteínas para produzir peptídeos, alguns dos quais são amargos.

Outra alteração que pode ser provocada pelas proteases é a chamada “gelificação da idade”, em que o leite engrossa durante o armazenamento e eventualmente transforma-se num gel semelhante a um iogurte14. Este defeito indesejável pode ser causado pelas enzimas bacterianas resistentes ao calor, mas também pode ser causado por plasmina, uma protease natural no leite, que é bastante estável ao calor e pode permanecer activa no leite UHT. Recentemente, verificou-se que foi inactivado por algumas condições de pré-aquecimento UHT, o que é uma excelente razão para incluir um tempo de retenção na secção de pré-aquecimento das plantas UHT15,16.

processamento UHT de produtos que não leite branco

processamento UHT é agora amplamente utilizado para produzir produtos de “longa duração”, tais como natas, creme de leite e leites aromatizados. No entanto, não é adequado para fazer queijo, uma vez que a coalhada do leite UHT demora muito tempo a fixar e retém uma grande quantidade de humidade, dando um queijo muito macio e inaceitável. O leite UHT também não é muito adequado para o fabrico de iogurte, uma vez que forma um gel muito macio17; contudo, pode ser mais adequado para produzir um iogurte para beber (de longa duração) onde não é necessário um gel firme.