Massa congelada Dr. Yoon Kil Chang

FRIO NA PANIFICAÇÃO POR QUÊ? VANTAGENS PARA O PRODUTOR VANTAGENS PARA O CONSUMIDOR

TIPOS DE PRODUTOS MASSA CRUA CONGELADA PÃO PRÉ-COZIDO PÃO CONGELADO

PRINCIPAIS CONSUMIDORES Serviços de alimentação Padarias em shoppings e supermercados Restaurantes Lojas fast-food Consumidores individuais

1960: Utilização de freezer na padaria Resfriamento da massa abaixo de Temp. de 0 oC => Interrompe ou retarda a atividade de levedura (processo fermentativo). Histórico: Método comercial(1930)- França: resfriamento da massa p/ retardar fermentação; Massa moldada => proof final a 10 oC => Fermentação extendido a 10 hrs => assamento é feito em manhã seguinte diretamente de fermentador para forno 1970(Alemanha e UK) : desenvolvimento de “Cabinet Automático de Resfriamento e Aquecimento” (RETARDER-PROOFERS) Resfriamento de massa moldada feito a noite 0 oC ou superior a 0oC reaquecido (período da manhã)  menor tempo de proof assamento 1960: Utilização de freezer na padaria

FUNDAMENTOS DO CONGELAMENTO Temperatura interna final do produto a ser congelado: de -15°C até -18°C Como ocorre o congelamento? Formação de cristais de gelo Tamanho dos cristais de gelo afeta o glúten e leveduras (fermento)

· Super-resfriamento : estado líquido abaixo de 0 C ÁGUA E CONGELAMENTO ·        Redução de temperatura  redução da atividade das moléculas   ·    ETAPAS ·   Super-resfriamento : estado líquido abaixo de 0 C ·       Cristalização ( congelamento ) ·        estado ordenado da matéria ( sólido ) ·        congelamento da água livre    ·    NUCLEAÇÃO ·        Combinação ordenadas de moléculas na formação de cristais ·        Depende da taxa de congelamento

Sistema biológico da célula: Ponto de congelamento do citoplasma: -1oC =>Células em geral permanecem super-resfriadas em temp. –10 ou –15oC, mesmo que gelo seja formado no meio externo; # de concentração de solutos  citoplasma tem maior pressão de vapor que região do contorno que tem gelo => células começam a equilibrar esta # pressão, perdendo água através da membrana celular => Desidratação: concentração de sólidos no interior das células => diminuindo pressão de vapor de água intracelular;

Sistema biológico da célula: Se a temperatura for reduzida abaixo de –15oC pode formar os cristais de gelo no citoplasma; A taxa critica de congelamento que produz internamente os cristais de gelo depende da razão de volume de células para sua superfície de área e do sua permeabilidade à água.

MECANISMOS DAS MUDANÇAS NAS PROTEÍNAS INDUZIDAS PELO CONGELAMENTO Danificação – mecânica e química Três alterações no microambiente da proteína: -Na umidade Nos lipídios Metabólitos celulares Formação e crescimento de cristais de gelo Desidratação Maior concentração de solutos

Taxa de recristalização de gelo: dependente do tamanho dos cristais formados durante o resfriamento e subseqüente temperatura à qual estes são expostos. Resfriamento rápido produz pequenos cristais de gelo, os cristais que se formam dentro rapidamente resfriam as células, mas também tendem a recristalizar durante aumento de temperatura (degelamento), particularmente se aquecimento é lento;

Princípio físico-químico de danificação da célula 1) Danificação células pelo efeito de solução: Resfriamento lento é ótimo; 2)Danificação pelo efeito intracelular: Resfriamento rápido é ótimo. *Taxa ótima de resfriamento é lento suficiente para prevenir a formação de gelo intracelular mas rápido suficiente para minimizar o tempo para que célula seja exposta ao efeito de solução.

Le Baile et al. (2000) dividem o processo de congelamento em três etapas principais: q=mcp∆T q=m∆Hf q=mcp∆T Figura 1. Curva característica do processo de congelamento.

-20 oC -3 oC -5oC

Utilização do frio em produtos de panificação Interrupção do Processo de Panificação Mistura Corte Boleamento Moldagem Fermentação Forneamento Massa congelada(1) Massa resfriada(2) Pão semiforneado(3)

Maneiras de interromper o processo de Panificação normal. (1) (2) (3) Sistemas que utilizam estes procedimentos 1-Pão semiforneado “Par-baked” 2-Massa forneada em outro lugar “Bake-off” 3-Massa congelada “Frozen-dough” 4-Massa refrigerada “Dough-retarding”

Processo de Panificação : Método de preparação da massa e do pão CONVENCIONAL CONGELADA Mistura Mistura Divisão e boleamento Divisão e moldagem Descanso intermediário Congelamento Moldagem Estocagem ao congelamento Descongelamento Fermentação Final Fermentação Final Forneamento Forneamento

Método de panificação => “No – Time” -Massa totalmente desenvolvida na fase da mistura -Temperatura da massa fim da mistura:18-21 oC -Mínimo de atividade da levedura e geração de gás -Uso de masseiras com velocidade alta -Redução do tempo entre o fim da mistura e o início do congelamento

Massas congeladas para pão: Vantagens: Para produtor: -Aumento da eficiência industrial pela produção intensiva -Redução de pessoal -Eliminação do turno noturno -Redução de custos -Expansão de vendas Para Consumidor: -Disponibilidade do pão fresco durante o dia todo -Fornear ele mesmo o pão

COMO O CONGELAMENTO AFETA? O GLÚTEN Cristalização de gelo - Enfraquecimento do glúten Diminui a retenção de gás Aumento dos tempos de proofing final AS CÉLULAS DE LEVEDURA Velocidade de congelamento Mecanismos Danificação

Dois fatores principais de massas congeladas: Diminuição da viabilidade e atividade da levedura; Diminuição da propriedades de retenção de gás.

Congelamento, Estocagem a frio e Descongelamento: As 3 operações causam perda de qualidade: Por quê? Na massa crua: Diminui poder gaseificante da levedura Perda de força da massa No pão forneado: Perda de volume Reduz as características tecnológicas do pão

Problema principal da massa congelada é manter a estabilidade da massa durante estocagem (p.ex. flutuação de temperatura). Fatores principais das quais depende: -Qualidade da levedura -Formulação da massa (ingredientes) -Processo de panificação -Condições de congelamento e descongelamento

Dois mecanismos são envolvidos na produção de massa congelada com aceitável vida de prateleira: Retenção de viabilidade e atividade de levedura durante o processamento de congelamento => concentração ou efeito de soluto e efeito de recristalização 2) Redução de propriedade de retenção de gás associado com massa congelada => resultado de danificação induzida pela cristalização de gelo na rede tridimensional de proteína de glúten, responsável pela retenção de gás na massa ; Enfraquecimento de rede de glúten pela ação de glutationa (tri-peptídeo: composto redutor liberado pela morte celular e outros...)

Efeito de solução: Injúria celular Água é removida como gelo Concentração de solutos Volume de células diminui 4) Precipitação de solutos

Levedura -Fermento prensado (oC) Levedura  Fermentação: Produção de gás Retenção de gás Produção de gás depende: -Estado fisiológico antes do congelamento da levedura -Método de congelamento: lento aprox. 1 oC/min. -Método de congelamento: rápido -Tempo e temperatura de conservação dos produtos (-15oC  sem flutuações)

Como resultado do congelamento e da estocagem congelada o que ocorre é morte celular com menor velocidade de produção de gás Para compensar esta perda: -Aumentar a dose de fermento 3%  5-6 % -Utilização de cepas resistentes ao congelamento Saccharomyces rosei

Retenção de gás Glúten (massa)  Retenção de gás  Volume do pão Congelamento, estocagem e descongelamento  Alteram a estrutura da massa

Observações Microscópicas(SEM): -Dano induzido pelos cristais de gelo na rede protéica=>rompimento&tempo de estocagem e ciclos de cong. e degelam. -Separação dos grânulos de amido da rede de glúten -Dissociação da água livre dos grânulos de amido e das proteínas formando aglomerados de cristais de gelo e enfraquecimento das fibras de glúten=> aumento de proofing ; menor volume de pão

-Perdas de ligações cruzadas entre polímeros -Mudanças na solubilidade das proteínas -Perda de oligômeros da glutenina

FATORES QUE INFLUENCIAM A QUALIDADE DOS PRODUTOS Formulação - Ingredientes Processo - Operações de panificação convencional Operações diferenciadas Congelamento Armazenagem congelada Descongelamento

Método de panificação (massa direta “No Time”) -Cuidados: Temperatura da massa no fim da mistura Evitar: Fermentação da massa Levedura mais lábil no congelamento na fase exponencial de crescimento -Formulação: Tipo de levedura Instantânea, p/ massa doce Nível (%) de levedura: aumentar -Congelamento: Operação mais importante *importante=> O equilíbrio entre otimizar a viabilidade e a atividade das leveduras e minimizar o dano à estrutura da massa

Sistemas mais utilizados no congelamento: -Congelador mecânico -Congelador criogênico Condições mais utilizadas: -Temperatura : -20oC até -40oC -Velocidade do ar : 1 a 3 m/s Descongelamento: Operação menos estudada -Cabine a 30oC -Geladeira -Forno de micro ondas (diferença de energia de absorção do gelo e da água)

Outras opções: -Sistemas combinados (estufa-micro ondas) -Armários climatizados *Nota =>Estocagem congelada: Relação direta da duração da estocagem com a morte celular e enfraquecimento do glúten

Qualidade das matérias-primas e formulações: Farinha de trigo -conteúdo de cinzas: 0,55 % (b.s.) -Qualidade do glúten: Boa ou muito boa -Conteúdo protéico: >12,5% -Glúten úmido: 30% -Valor de sedimentação: > que 35 mL -Falling Number: > que 300 seg. -Pouco amido danificado -Uso de oxidantes e reforçadores de massa

Mistura -Bom desenvolvimento da massa -Adição tardia de sal e/ou fermento -Faixa de temperatura da massa fim da mistura: < 21oC Manipulação da massa -Período de descanso, fermentação intermediária, tempo de “make-up”: o mais curto possível p/ massas sem pré-fermentação Tempo total: até 20 min. Após moldagem final: Congelar rápido Estocagem: Evitar flutuações de temperatura

Por quê as leveduras se inativam ou morrem? Mudanças nas proteínas pelas baixas temperaturas Rompimento e perda de materiais intracelulares devido à desintegração de membranas plasmáticas pela formação de cristais de gelo Mudanças de pressão osmótica causadas pela condensação de materiais celulares

Estas mudanças são maiores se as células são congeladas 1. Lentamente 2. Rapidamente 1. Concentração elevada de solutos Velocidade menor que 1°C/min 2. Formação de gelo intracelular Velocidade maior que 10°C/min Ideal: Velocidade intermediária

Para compensar a perda de atividade fermentativa deve-se: Aumentar a dose de fermento (50%) Cepas apropriadas Substâncias protetoras (p.ex. trealose) Estado fisiológico antes do congelamento - Fase latente - Nâo permitir pré-fermentação - Temperatura da massa: 20  2°C

Trealose : reserva de carboidrato para levedura Resistência ao estresse Proteção do citoplasma e membranas celulares (crio-proteção no cong. E degelm.) Conteúdo intracelular: diferente em cepas crioresistentes

Parâmetros que afetam levedura: Capacidade de manter poder fermentativo é afetada por: Parâmetros tecnológicos - controláveis Formulação, preparo da massa, congelamento, descongelamento, armazenamento Parâmetros celulares - difíceis de controlar Seleção da cepa, maneira de crescimento, melhoradores A perda do poder fermentativo origina pães com qualidade inferior : Volume 

Seleção da cepa: Cepas crioresistentes e/ou osmoteolerantes (Japão) P.ex.: Saccharomyces rouxii; Saccharomyces rosei -Estado fisiológico no momento do congelamento: Fase estacionária/fase exponencial

Levedura (Fermento) Mecanismo de equilíbrio no congelamento Por desidratação: (Temp. de –1 a –15oC:  Dano celular Congelam. Lento) por conc. de solutos Por formação de: (Temp. <-15oC:  Dano celular por gelo intracelular Congelam. Rápido) rompimento de organelas

Na Prática: A massa : processada rapidamente p/ evitar a excessiva produção de gás antes do congelamento => pequena quantidade de mistura da massa  rápido processamento Omissão de fermentação intermediária => reduz atividade de produção de gás => reduz a vulnerabilidade das células de leveduras Pedaços de massa devem ser transferidos a congelador rapidamente depois da moldagem para redução de atividade da produção de gás e vulnerabilidade da levedura

Operação de congelamento deve ser feita rápida => inibir a atividade da levedura operação de temperatura e controle de velocidade de congelamento. Recomendado a massa estar sujeita a temperatura menor que -35oC para evitar excessiva danificação das células de leveduras na massa Congelador Doméstico: não é adequado para grande quantidade de produção da massa cong.  menor taxa de congelamento (mudança de temp. dentro da massa em unidade de tempo: menos de -0,21oC/mim) => muita produção de gás no estágio inicial de congelamento => perda da qualidade do produto

Transferência de calor no processo de congelamento A massa durante congelamento: função de tamanho de pão => diâmetro Raios da massa  taxa de congelamento => Temperatura diferencial entre superfície e centro Massa com maior raio requer maior tempo para atingir a temperatura de congelam. no centro. maior o diferencial da temperatura que para massa com raio menor

Inoue and Bushuk (1991): usando extensógrafo, comparou os parâmetros entre as massa congelada com levedura e massa cong. sem levedura => Estrutura de glúten com levedura apresentou-se mais vulnerável ao efeito deletério do congelamento que massa sem levedura  massa fraca e maior tempo de fermentação: concluiu-se danificação física relacionada com levedura. Autio e Sinda (1992): célula morta de levedura não afetou a propriedade reológica => indicando que a mudança estrutural na massa congelada e degelada não está associada com a liberação de substância redutora da célula de levedura morta. As medidas de viscoelasticidade mostraram que houve a perda de ligações cruzadas na massa congelada e degelada e que diminuiu a relaxação => enfraquecimento da rede de glúten.

ACONSELHA-SE: Usar misturadeira de braços submergidos ou espiral com duas velocidades Temperatura final da massa: 18 - 21°C Evita-se pão com aparência pobre, volume baixo e estrutura de miolo grosseira

MÉTODO DE PANIFICAÇÃO Curto: Massa direta - “no time” Desenvolvimento ótimo do glúten durante a mistura Boa retenção de gás, evita relaxamento durante o descongelamento Temperatura da massa não deve aumentar muito Trabalhar rápido: Gastar pouco tempo na manipulação da massa (divisão, corte e modelagem) Problemas: massas sub e super desenvolvidas

CONGELAMENTO As peças de massa devem ser congeladas lento suficiente para manter as propriedades de produção de gás, porém rápido suficiente para manter as propriedades de retenção de gás Uso de velocidades médias de 20 até -10°C no centro - 0,3 a 1,2°C/min TIPOS DE CONGELADORES MAIS USADOS Túnel (*) Criogênico (*) (*) Em panificação

FATORES QUE INFLUENCIAM A VEL. DE CONG. Tamanho ou peso do produto a ser congelado Geometria do produto Embalagem Capacidade de congelamento (temperatura e movimento do ar) Formulação do produto Deve ser ajustada para cada produto até a temperatura central de -10 a -15°C Ponto de congelamento do pão francês: -5°C Ponto de congelamento de Dinner rolls: -10°C

ARMAZENAMENTO CONGELADO Recristalização do gelo Influi: Evita Estrutura da massa – volume do pão diminui Leveduras – tempo de fermentação aumenta condições estáveis, sem flutuação de temperatura

ARMAZENAGEM Ponto principal: Evitar flutuações de temperatura As massas já estão sólidas porém devem ser cuidadosamente manipuladas Durante a armazenagem acontecem processos enzimáticos e físicos que provocam mudanças no glúten e nas leveduras Físico  Aumento de cristais de gelo que danificam as leveduras e o glúten

COMO MINIMIZAR FLUTUAÇÕES? Produtos rapidamente colocados no congelador da estocagem Diminuir freqüência de abertura da porta Armazenar quantidade adequadas (necessárias) Retorno imediato dos excedentes ao freezer de estocagem Embalagem obrigatória dos produtos que retornam ao freezer Transporte: Caminhões com capacidade de frio adequada Supervisão cuidadosa do transporte e da estocagem congelada nos pontos quentes

DESCONGELAMENTO Operação menos estudada Normalmente realizado a velocidades intermediárias (30°C) ou lentas ( 4°C) Velocidades altas - Microondas (conflitante) Relacionada diretamente com a velocidade que o produto foi congelado Temperatura após congelamento:  25°C, mínimo 15°C Aumento uniforme de temperatura na massa para evitar fermentações superficiais

Evitar condensação de água na superfície da massa pelo gradiente de temperatura ar-massa Massa mais extensível  bolhas  aparência do pão Gradiente de temperatura  : Massas pegajosas . Controle cuidadoso da UR - Massa ressequida . Provocam problemas na qualidade dos produtos (crosta e volume)

EMBALAGEM Principal função em produtos congelados: Proteger contra perda de umidade Características: Barreira contra umidade e oxigênio Resistência física ao rompimento a baixas temperaturas Facilidade de solda Exemplos: Polietileno(LD), ethylene vinyl alcohol, folhas laminadas etc...

A embalagem de cada produto difere em características Cru: A granel, 50 unid/saco polietileno dentro de caixas de papelão devidamente etiquetadas, tipo de produto, data de fabricação e validade Pré-cozido: Cuidados especiais (não pode trincar ou quebrar na sua superfície) Em bandejas plásticas dentro de sacos de polietileno em caixas de papelão devidamente etiquetadas, data de fabricação e validade

MINI-FREEZER CRIOGÊNICO POSIÇÃO DOS TERMOPARES NO INTERIOR DA CÂMARA CRIOGÊNICA

MATRIZ DE PALNEJAMENTO DO CONGELAMENTO CRIOGÊNICO Ensaio Níveis Valor real Ventilação Temperatura Peso bisnaga Temperatura (ºC) Peso bisnaga (g) C1 Com +1 -30 175 C2 Sem C3 -1 -50 C4 C5 80 C6 C7 C8 C9 -40 127,5 C10 C11 C12

CURVAS DE CONGELAMENTO CRIOGÊNICO EXPERIMENTAIS

CV HISTÓRICO DAS TEMPERATURAS SV