REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10658957
Leandro Alves de Souza1 Amanda Anielle Reis Silva2
Daniel de Sousa Andrade3 Daynne Sales Lima de Sousa4
Evanilda da Costa Pinheiro5 Feliciano do Espirito Santo Silva Neto6
Hadassa Emilly da Silva Nobre7 Jaiana Lopes Lima8
Jhessyca Dantas Manary9 Leonardo Hunaldo dos Santos10
Letícia Nunes dos Santos 11 Luís Fernando Araújo Pereira 12
Paula Cristina Santana Cardilli13 Samyla Pereira Cavalcante 14
Virlane Kelly Lima Hunaldo15
RESUMO
A crescente integração de tecnologias emergentes na indústria de alimentos tem suscitado considerável interesse, destacando-se como um vetor transformador nos setores correlatos. Essa revisão aborda tecnologias emergentes na indústria de alimentos, com ênfase nas não térmicas. Tecnologias como alta pressão, plasma frio atmosférico, ultrassom, radiação ionizante, campos elétricos pulsados e radiação UV-C são exploradas por suas contribuições promissoras. A alta pressão destaca-se pela inativação eficaz de microrganismos, enquanto o plasma frio atmosférico é considerado uma alternativa para a descontaminação. O ultrassom exibe impactos positivos nas propriedades sensoriais e nutricionais. A radiação ionizante revela eficácia na inativação microbiana, apesar de desafios de aceitação pública. Campos elétricos pulsados e radiação UV-C destacam-se pela intensificação de cor e extração de compostos fenólicos em sucos e vinhos. Contudo, desafios como alterações nas propriedades dos alimentos e otimização de parâmetros necessitam de atenção para garantir uma implementação eficaz e sustentável dessas tecnologias na indústria alimentícia.
Palavras–chave: Desafios tecnológicos. Descontaminação. Inativação microbiana. Otimização operacional
ABSTRACT
The increasing integration of emerging technologies in the food industry has aroused considerable interest, standing out as a transformative vector in related sectors. This review addresses emerging technologies in the food industry, with an emphasis on non-thermal technologies. Technologies such as high pressure, atmospheric cold plasma, ultrasound, ionizing radiation, pulsed electric fields, and UV-C radiation are explored for their promising contributions. High pressure stands out for its effective inactivation of microorganisms, while cold atmospheric plasma is considered an alternative for decontamination. Ultrasound exhibits positive impacts on sensory and nutritional properties. Ionizing radiation proves effective in microbial inactivation, despite challenges in public acceptance. Pulsed electric fields and UV-C radiation stand out for color intensification and extraction of phenolic compounds in juices and wines. However, challenges such as changes in food properties and optimization of parameters require attention to ensure effective and sustainable implementation of these technologies in the food industry.
Keywords: Technological challenges. Decontamination. Microbial inactivation. Operational optimization
1. INTRODUÇÃO
A crescente integração de tecnologias emergentes na indústria de alimentos tem suscitado considerável interesse, destacando-se como um vetor transformador nos setores correlatos. Este estudo de revisão se propõe a analisar de forma abrangente a contribuição das tecnologias emergentes no panorama da indústria alimentícia, delineando seu impacto multifacetado nos setores afins. A abordagem investigativa adotada busca compreender não apenas as inovações tecnológicas per se, mas também sua capacidade de impulsionar eficiência operacional, qualidade do produto e sustentabilidade. Ao explorar sinergias e desafios, almejamos oferecer uma visão aprofundada sobre o papel dessas tecnologias na otimização dos processos industriais e, por conseguinte, na promoção de avanços significativos nos setores relacionados.
Os métodos de processamento convencionais, notadamente a pasteurização, esterilização e secagem, têm sido preponderantemente adotados na indústria alimentícia, atribuídos à eficácia em assegurar a segurança alimentar e prolongar a vida útil dos produtos. A robusta capacidade de destruição microbiana e inativação enzimática proporcionada por esses procedimentos é inegável. Contudo, sua aplicação sistemática suscita desafios substanciais, manifestados na depreciação do valor nutricional e nos comprometimentos sensoriais dos alimentos, culminando em produtos de qualidade inferior (Moreno-Vilet et al., 2018).
Adicionalmente, os tratamentos térmicos convencionais são suscetíveis a irregularidades no aquecimento e à formação de incrustações, exacerbando a diminuição do coeficiente de transferência de calor. Diante dessas limitações, emergem novas tecnologias de processamento, almejando conciliar a salvaguarda da integridade alimentar com a mitigação das perdas sensoriais e qualitativas inerentes a tais procedimentos (Priyanka et al., 2018).
Diante da complexidade intrínseca da indústria alimentar e da dinâmica evolutiva das tecnologias emergentes, esta revisão se propõe a fornecer uma compreensão holística do impacto que tais inovações podem exercer nos setores correlatos. Ao abordar nuances técnicas, desafios e oportunidades, visamos consolidar um corpo de conhecimento que não apenas informe, mas também oriente estratégias futuras e inspire pesquisas mais aprofundadas. Neste contexto, a presente investigação representa um contributo substancial para a compreensão da interseção entre tecnologias emergentes e a indústria de alimentos, destinado a audiências acadêmicas exigentes e interessadas no avanço contínuo da ciência e da prática industriais.
2.CONTEXTO HISTÓRICO
2.1 TECNOLOGIAS EMERGENTES
O conceito de tecnologias emergentes abarca aquelas em estágio de desenvolvimento e pesquisa, apresentando um considerável potencial para implementação e comercialização nos próximos cinco anos. No contexto da indústria de alimentos, estas tecnologias têm surgido com o propósito primordial de otimizar a eficiência energética, visando a redução de custos e emissões de poluentes, ao mesmo tempo em que promovem aprimoramentos nos âmbitos de sustentabilidade, qualidade, segurança e vida útil do produto final (Misra et al., 2017).
O escopo de investigação dessas tecnologias é intrinsecamente orientado para a preservação da qualidade nutricional e sensorial dos alimentos, bem como a mitigação das perdas de compostos funcionais após o processamento, considerando os efeitos adversos inerentes aos tratamentos térmicos convencionais (Nunes & Tavares, 2019).
Adicionalmente, as tecnologias emergentes manifestam-se em categorias distintas, notadamente térmicas e não térmicas, conforme ilustrado na Figura 1. Dentre as tecnologias emergentes de natureza térmica aplicadas no processamento de alimentos, destacam-se o aquecimento ôhmico (AO), aquecimento por radiofrequência (AR), aquecimento por micro-ondas (AMO) e aquecimento por infravermelho (AI). O AR, AMO e AI empregam diferentes faixas de frequência do espectro eletromagnético, conferindo-lhes características singulares. Sob o emprego dessas tecnologias, observa-se uma redução significativa no tempo de cocção dos alimentos em comparação com as tecnologias térmicas convencionais, como pasteurização e esterilização (Moreno-Vilet et al., 2018).
2.2 QUAIS SÃO AS TECNOLOGIAS EMERGENTES EM ALIMENTOS
Este discernimento entre categorias térmicas e não térmicas, ilustrado de maneira esquemática na Figura 1, serve como ponto de partida para a análise detalhada das implicações e eficácias dessas modalidades inovadoras no cenário da indústria de alimentos.
FIGURA 1: Categorias térmicas e não térmicas em tecnologias emergentes
No espectro das tecnologias emergentes, aquelas de natureza térmica englobam o aquecimento por micro-ondas, cujas frequências variam de 300 MHz a 300 GHz, sendo empregado em aplicações diversas como secagem, pasteurização e pré-cozimento. Por sua vez, o aquecimento por radiofrequência utiliza frequências de 3 KHz a 300 MHz, desempenhando um papel significativo no processamento de sementes, pasteurização e secagem de alimentos. O aquecimento por infravermelho, caracterizado pelo uso de frequências superiores a 300 GHz, destaca-se por sua capacidade de realizar processos de secagem e cocção em curtos períodos de tempo, potencialmente reduzindo a carga de microrganismos patogênicos (Moreno-Vilet et al., 2018).
O aquecimento ôhmico, por outro lado, fundamenta-se na passagem de corrente elétrica através do alimento (frequência de 50 a 60 Hz), visando esterilização, pasteurização e pré-tratamento em processos de extração e desidratação (Cappato et al., 2017).
No cenário das tecnologias emergentes não térmicas, destaca-se o método de alta pressão, aplicando pressões superiores a 400 MPa para inativação de microrganismos patogênicos e redução da atividade enzimática à temperatura ambiente. A homogeneização de alta pressão, fundamentada na cavitação, turbulência, tensão de cisalhamento e gradiente de pressão, representa uma abordagem eficaz. Além disso, a alta pressão hidrostática confina o alimento ou bebida, submetendo-os a pressões elevadas mediante um fluido, frequentemente água. O ozônio, seja como gás ou água ozonizada, demonstra propriedades antioxidantes e é empregado na sanitização de superfícies e no processamento de frutas e vegetais. A luz ultravioleta, irradiando uma radiação não ionizante, é utilizada tanto em tratamento de superfícies quanto em alimentos líquidos (Jermann et al., 2015; Alvarez-Sabatel et al., 2015; Keenan et al., 2011).
Alternativamente às tecnologias termo preservativas, a radiação ionizante expõe os alimentos à energia ionizante, causando danos ao DNA bacteriano ou destruição celular por meio de fontes como raios gama e raios X. O plasma frio atmosférico, composto por espécies reativas, como elétrons, íons e partículas carregadas, desempenha um papel notável na redução ou eliminação da carga microbiana em superfícies, embalagens e alguns alimentos (Hernández-Hernández et al., 2019). O ultrassom, mediante ondas de baixa e alta frequência (20 kHz a 10 MHz), é empregado na homogeneização, emulsificação, cristalização, extração e ruptura celular de microrganismos (Gallo et al., 2018).
Em suma, as tecnologias emergentes não apenas propiciam a extração eficiente de compostos e a ruptura da membrana celular, mas também evidenciam a capacidade de redução ou eliminação de microrganismos, resultando na extensão da vida útil de diversos tipos de bebidas e alimentos. Ademais, tais inovações demonstram a promissora habilidade de reduzir a dependência de aditivos, assegurando a segurança, qualidade e durabilidade dos produtos em questão (Hernández-Hernández et al., 2019).
2.3 CONTRIBUIÇÃO PARA INDUSTRIA ALIMENTICIA
A preservação das propriedades nutricionais e da qualidade dos alimentos representa um desafio contínuo para os pesquisadores, uma vez que os processamentos térmicos convencionais, embora eficazes na extensão da vida de prateleira, são notáveis por induzir reações de escurecimento, degradação de vitaminas e compostos fenólicos, além de resultar na diminuição global da qualidade dos produtos. Com o intuito de superar essas limitações, as tecnologias emergentes têm se destacado como uma promissora alternativa, evidenciando sua capacidade em preservar as propriedades sensoriais e o conteúdo nutricional dos alimentos (Gomes et al., 2017; Keenan et al., 2011).
As tecnologias emergentes desempenham um papel preponderante na indústria alimentícia, conferindo contribuições notáveis que transcendem diversas dimensões. Estas inovações destacam-se pela eficácia na preservação das características nutricionais e sensoriais dos alimentos, mitigando perdas de compostos funcionais durante os processos de transformação. Adicionalmente, demonstram comprometimento com a eficiência energética e sustentabilidade, visando a redução do consumo energético e dos custos operacionais.
A prolongação da vida útil dos produtos, a diversificação do portfólio, a inovação processual e a aderência rigorosa aos padrões de qualidade são resultados diretos da implementação dessas tecnologias. Ao atender às exigências de consumidores por alimentos mais saudáveis, saborosos e inovadores, as tecnologias emergentes emergem como catalisadoras cruciais para o avanço e a competitividade da indústria alimentícia, alinhando-se com as expectativas dos consumidores e contribuindo para uma produção mais sustentável. Este cenário de convergência de benefícios posiciona as tecnologias emergentes como pilares fundamentais na vanguarda da pesquisa e prática na indústria alimentícia, merecendo destaque em periódicos de elevado impacto científico.
3. METODOLOGIA
A metodologia empregada para a obtenção de dados neste estudo baseou-se em uma revisão narrativa da literatura, caracterizada pela seleção criteriosa de trabalhos considerados fundamentais para proporcionar informações atuais e pertinentes ao tema em foco. O processo de revisão foi conduzido em quatro etapas distintas, a saber: pesquisa, avaliação, síntese e análise. As fases de uma revisão narrativa, também conhecida como tradicional, compreendem a escolha do tema, pesquisa na literatura, seleção, leitura crítica e análise dos trabalhos, redação da revisão e a elaboração das referências (Sousa et al., 2018).
No decorrer desta pesquisa, foram estabelecidos critérios específicos. Na fase inicial de coleta de dados, duas atividades foram realizadas. A primeira envolveu a identificação de estudos, aplicando filtros disponíveis em cada plataforma, com descritores como tecnologias emergentes, aquecimento Ôhmico, infravermelho, micro-ondas, radiofrequência, ultrassom, alta pressão, ozônio, plasma frio, radiação, luz ultravioleta e indústria alimentícia, associados ao tipo de trabalho e ao período de publicação de 2011 a 2023. Esta abordagem resultou em 8.704 trabalhos obtidos, distribuídos entre Science Direct, Scopus e Web of Science. (QUADRO 1)
Quadro 1: Termos orientadores para a pesquisa e os resultados.
| Realizada em: | 20 de janeiro de 2024 |
| Período: | 2011 a 2023 |
| Campo: | Títulos, palavras-chave e resumo |
| Tipo de Publicação: | Artigos completos |
| Nível: | Sem restrições |
| Periódicos: | Science Direct, Scopus e Web of Science |
| Idioma | Inglês e português |
| Retorno | 8.704 |
Os critérios de inclusão adotados contemplaram a língua portuguesa e inglesa e a disponibilidade integral dos artigos para download na internet. A análise e síntese dos artigos selecionados, referentes ao delineamento de pesquisa, foram conduzidas de maneira descritiva, com o objetivo de consolidar o conhecimento produzido sobre o tema abordado na revisão.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A percepção da população em relação aos alimentos está relacionada à confiança depositada em métodos de produção mais naturais, conforme destacado por Huotilainen (2005). Existe uma tendência generalizada de desconfiança em relação às novas tecnologias, as quais, muitas vezes, são percebidas como desconhecidas e, por conseguinte, potencialmente arriscadas. Essa atitude pode ser explicada pelo fenômeno elucidado por Visschers et al. (2007), que ressalta a propensão das pessoas em utilizar informações sobre perigos previamente conhecidos para avaliar novos riscos. Este processo cognitivo pode levar à formação de conceitos e imagens distorcidas sobre as novas tecnologias, contribuindo para a perpetuação de percepções equivocadas e, por vezes, prejudiciais à aceitação pública dessas inovações. Essa dinâmica ressalta a importância da comunicação efetiva e da educação pública para uma compreensão mais precisa e informada das tecnologias emergentes na produção de alimentos.
Guimarães et al. (2019) realizaram um estudo investigando os efeitos do ultrassom de alta intensidade em diferentes potências (0, 200, 400 e 600 W) aplicado a uma bebida prebiótica contendo inulina de graviola e soro de leite. Os resultados revelaram impactos positivos, como o aumento do teor de compostos fenólicos e da atividade anti-hipertensiva. No entanto, também foram observados efeitos negativos, incluindo a degradação do ácido ascórbico e a produção de compostos voláteis.
De maneira semelhante, Silva et al. (2020) reportaram um aumento na degradação do ácido ascórbico em suco de laranja enriquecido com xilooligossacarídeos (XOS) à medida que a intensidade do ultrassom foi incrementada. Os resultados indicam que níveis intermediários de intensidade de ultrassom mostraram-se mais adequados para evitar efeitos adversos, sugerindo uma relação não linear entre a intensidade do ultrassom e seus efeitos sobre determinados componentes dos alimentos.
McDonnell et al. (2014b) demonstraram a aplicação promissora do ultrassom na produção industrial de presunto. Em um estudo piloto, diferentes intensidades ultrassônicas (40, 56 ou 72 W cm-2) foram aplicadas por 2, 4 ou 6 horas. Em todos os casos, o nível desejado de NaCl (2,25%) foi alcançado em 2 horas, enquanto o grupo de controle demandou 4 horas. Entretanto, as aplicações de 40 e 56 W cm-2 resultaram em uma maior perda de peso da carne em comparação com o controle, possivelmente devido à perda de proteína. Estudos adicionais de Ozuna et al. (2013) corroboraram que a difusividade efetiva do NaCl e a umidade foram aprimoradas com a aplicação do ultrassom.
A depois, McDonnell et al. (2014a) investigaram os efeitos do tratamento com ultrassom de potência (4, 2, 11 ou 19 W cm-2 por 10, 25 ou 40 minutos) no processo de cura da carne suína. Os resultados indicaram que o salgamento com ultrassom pode acelerar a transferência de massa e extrair proteínas, contudo, o ultrassom de alta potência pode resultar na desnaturação da miosina. Assim, embora os benefícios do ultrassom na transferência de massa sejam notáveis, a implementação industrial pode estar iminente, requerendo uma cuidadosa consideração dos parâmetros para otimizar os resultados desejados e mitigar efeitos indesejados.
A aplicação da alta pressão em alimentos enriquecidos com prebióticos tem sido objeto de estudo, como evidenciado por Keenan et al. (2011). Neste estudo, foi investigado o impacto de tratamentos térmicos tradicionais, como pasteurização, e de alta pressão hidrostática (P90>10 min e 500 Mpa/1,5 min/20⁰C, respectivamente), em purês de maçã enriquecidos com frutooligossacarídeos (FOS) e inulina, durante um período de 30 dias a 4⁰C. Os resultados indicaram que a inulina sofreu maior hidrólise após a pasteurização em comparação com o tratamento de alta pressão, enquanto o conteúdo de FOS não apresentou diferenças significativas após ambos os tratamentos.
Além disso, Almeida et al. (2017) também observaram uma maior degradação de FOS em suco de laranja submetido à alta pressão (450 Mpa/5 min/11,5⁰C), em comparação com a tecnologia de plasma frio atmosférico (70 kV por 15, 30, 45, 60 s). Esses resultados sugerem que o uso da alta pressão em ambos os estudos resultou em uma redução mais acentuada do conteúdo de FOS.
De acordo com Alexandre, Brandão & Silva (2012), a aplicação de água ozonizada com uma concentração de 0,3 ppm para a sanitização de morangos revelou-se como um dos tratamentos mais eficazes no controle do crescimento da contaminação microbiana. Esse método demonstrou uma notável preservação da cor dos morangos ao longo de 14 dias de armazenamento a 4º C. Adicionalmente, os morangos tratados com ozônio apresentaram uma menor perda de firmeza durante o período de armazenamento refrigerado, comparativamente aos tratamentos utilizando ultrassom e radiação UV-C. No entanto, é relevante observar que certos parâmetros, como pH, antocianinas totais e ácido ascórbico, diminuíram significativamente em relação aos valores iniciais, o que limitou o período de comercialização no final do armazenamento.
Conforme observado por Cavalcante et al. (2013), a aplicação da água ozonizada na higienização da pele dos tetos de vacas leiteiras da raça Holandesa revelou-se eficaz, sem causar impactos adversos na qualidade microbiológica e físico-química do leite in natura. Adicionalmente, o estudo constatou uma redução significativa na contagem de aeróbios mesófilos, enterobactérias e Staphylococcus aureus (Cavalcante et al., 2013; Couto et al., 2016).
Leong, Burritt e Oey (2016) destacaram que a aplicação do campo elétrico pulsado no processamento de suco de uva resultou em benefícios significativos, como maior rendimento, intensificação da cor e liberação mais eficiente e rápida de antocianinas e compostos fenólicos. De maneira semelhante, a revisão de Ricci, Parpinello e Versari (2018) sobre o processamento de vinho tinto utilizando o campo elétrico pulsado ressaltou que, apesar da necessidade de estudos mais detalhados, essa tecnologia potencializa a extração de compostos fenólicos e intensifica a cor nos vinhos tintos.
Outra abordagem inovadora foi conduzida por Pankaj et al. (2017), que empregaram o tratamento com plasma frio atmosférico de alta tensão (HVACP) em suco de uva a 80 kV por 4 minutos. Os resultados indicaram uma redução significativa de 7,4 log10UFC mL-1 em Saccharomyces cerevisiae, sem alterações significativas (P > 0,05) no pH, acidez e condutividade elétrica do suco. Embora tenha sido observado um aumento no escurecimento não enzimático, a diferença total de cor foi mínima e permaneceu dentro de limites aceitáveis
Vicente e Saldanha (2012) enfatizam, em sua pesquisa, que a irradiação de alimentos provoca alterações na estrutura molecular, resultando na eliminação microbiana, no aumento da vida útil do alimento e na inibição da multiplicação de microrganismos, como fungos e bactérias, responsáveis pela deterioração alimentar. Mondanez (2012) reitera os princípios expostos por Vicente e Saldanha (2012), destacando que o processo de irradiação induz a alterações químicas mínimas nos alimentos, as quais não são prejudiciais ou perigosas. No entanto, ressalta-se que a aplicação da irradiação não é universal e depende do tipo de alimento em questão, assim como dos objetivos específicos de conservação ou maturação almejados.
Kim et al. (2013) salientaram que os estudos relacionados à radiação UV-C muitas vezes negligenciam o efeito da temperatura do processo e outras variáveis que também exercem influência na inativação de microrganismos. Conforme indicado por Fan et al. (2017), baixas temperaturas têm o potencial de reduzir a potência emitida pela lâmpada, impactando a intensidade da irradiação. A forma de exposição à radiação também desempenha um papel crucial na inativação microbiana, uma vez que as células necessitam ser diretamente expostas à luz UV-C para serem efetivamente inativadas. Contrariamente, quando a distância entre a fonte de radiação e o produto é diminuída, há um aumento na intensidade da luz UV recebida e na interação com os microrganismos, resultando em uma maior capacidade de inativação (Bermúdez-Aguirre & Barbosa-Cánovas, 2013).
5. CONCLUSÃO
As tecnologias não térmicas emergentes na indústria de alimentos, destacando seu potencial significativo. A aplicação da alta pressão tem demonstrado eficácia notável na inativação de microrganismos, enquanto o plasma frio atmosférico surge como uma alternativa promissora para a descontaminação de superfícies e alimentos. O ultrassom, ao ser empregado, exibe impactos positivos na melhoria das propriedades sensoriais e nutricionais. A radiação ionizante revela-se eficiente na inativação microbiana, embora aspectos relacionados à aceitação pública demandem considerações específicas. Campos elétricos pulsados e radiação UV-C são notáveis pela intensificação da cor e extração de compostos fenólicos em sucos de uva e vinhos.
Contudo, é imperativo abordar desafios inerentes, como as alterações nas propriedades dos alimentos, a otimização criteriosa de parâmetros operacionais e a necessidade de investigações mais aprofundadas, visando garantir uma implementação eficaz e sustentável dessas tecnologias de vanguarda na indústria alimentar.
REFÊRENCIAS
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