O uso de spray de secagem na fabricação de corantes de alimentos naturais e sabores

A secagem por pulverização tornou-se uma tecnologia fundamental na indústria alimentar, com um papel particularmente crítico na produção de corantes naturais de alimentos e sabores. À medida que os consumidores exigem cada vez mais produtos de rótulo limpo, livres de aditivos sintéticos, os fabricantes recorrem à secagem por pulverização para transformar os delicados extratos líquidos em pós estáveis e de fluxo livre. Estes pós mantêm as qualidades sensoriais da fonte original, oferecendo uma vida útil prolongada, conveniência e facilidade de incorporação em uma ampla gama de matrizes alimentares. Este artigo explora os princípios, aplicações, otimização de processos e considerações de qualidade da secagem por pulverização para corantes naturais e sabores, com base nas práticas atuais da indústria e na pesquisa científica.

Fundamentos da secagem por pulverização

A secagem por pulverização é um processo contínuo e de uma única etapa que converte uma alimentação líquida num pó seco, atomizando o líquido em gotas finas e expondo-os a uma corrente de gás quente, normalmente ar, numa grande câmara de secagem. A rápida evaporação da humidade das gotas produz partículas secas que são recolhidas através de um separador de ciclones ou filtro de saco. As fases-chave da secagem por pulverização incluem atomização, contacto gota-ar, secagem e separação de pó.

Atomização

A atomização quebra a alimentação líquida em gotículas com uma grande proporção de área de superfície-a-volume, essencial para uma transferência eficiente de calor e massa. Os tipos de atomizadores comuns incluem atomizadores rotativos (usando uma roda de fiação de alta velocidade), bicos de pressão e bicos de dois fluidos. A escolha do atomizador influencia a distribuição do tamanho da gota, a morfologia das partículas e as propriedades finais do pó. Para extratos naturais sensíveis ao calor, a atomização deve ser cuidadosamente controlada para evitar a degradação prematura.

Secagem e Formação de Partículas

Uma vez atomizadas, as gotas entram em contacto com o ar quente (normalmente 150-250 °C temperatura de entrada) na câmara de secagem. As gotas experimentam evaporação rápida da humidade, que mantém o núcleo de partículas relativamente fresco (temperatura de saída geralmente 70- 110 °C). Este fenómeno, conhecido como o efeito de "resfriamento evaporativo", é o que permite a secagem por pulverização para lidar com compostos termolábeis como pigmentos naturais e substâncias de sabor voláteis. À medida que a água é removida, os sólidos formam uma pele ou casca, e a partícula pode tornar-se oca ou sólida, dependendo da cinética de secagem e composição da alimentação.

Coleta de pó e pós-processamento

As partículas secas são transportadas pelo ar de escape para um ciclone ou bagageiro para coleta. O pó final pode sofrer secagem secundária ou aglomeração para melhorar as propriedades de fluxo, e muitas vezes é embalado sob gás inerte ou armazenado em recipientes selados para proteger da umidade e luz. Os principais parâmetros de qualidade do pó incluem o teor de umidade (tipicamente 2–5%), distribuição de tamanho de partículas, densidade de massa e atributos instantâneos como molhabilidade e dispersão.

Vantagens de Secagem por Spray para corantes naturais

Os corantes naturais de alimentos são provenientes de plantas, algas, fungos e insetos. Exemplos comuns incluem antocianinas de uvas e bagas, betalaínas de beterraba, curcumina de açafrão, carotenoides de cenouras e paprica, clorofila de folhas verdes e ficocianina de espirulina. Estes pigmentos são frequentemente sensíveis ao calor, luz, oxigênio e mudanças de pH.

Preservação de pigmentos termolábeis

O tempo de secagem rápido (milissegundos a segundos) e o efeito de resfriamento evaporativo minimizam a degradação térmica. Por exemplo, betalaínas de beterraba degradam-se acima de 60 °C, mas com uma temperatura de entrada otimizada e um tempo de residência curto, a secagem por pulverização pode produzir pós com alta retenção de betalaína (frequentemente acima de 85%). Da mesma forma, as antocianinas podem ser estabilizadas usando agentes transportadores e temperaturas de saída moderadas.

Encapsulação de pigmentos sensíveis

A secagem por pulverização é essencialmente uma técnica de microencapsulação porque o material transportador (material de parede) forma uma matriz protetora em torno do núcleo bioativo. Os agentes transportadores comuns usados para corantes naturais incluem maltodextrina, goma arábica, amido modificado e ciclodextrinas. O transportador não só facilita o processo de secagem, mas também protege o pigmento da oxidação, luz e umidade durante o armazenamento. Por exemplo, a curcumina, altamente sensível à luz e calor, é encapsulada com goma arábica e maltodextrina para produzir um pó dispersível por água que permanece estável durante meses.

Tamanho e dispersão de partículas uniformes

Pós de pulverização têm uma distribuição estreita de tamanho de partículas, tipicamente 10-100 micrômetros, o que garante uma distribuição uniforme de cor quando misturados em produtos alimentares. Isto é especialmente útil para bebidas (pós instantâneos) e misturas secas onde é necessária homogeneidade visual.

Custos reduzidos de armazenamento e transporte

Os corantes líquidos contêm 70-90% de água; a secagem por pulverização remove a água, reduzindo o peso e o volume em 5-10 vezes. Isso reduz os custos de transporte e o espaço de armazenamento. Além disso, a forma de pó simplifica a dosagem e a mistura em grande escala de fabricação de alimentos.

Secagem por pulverização para sabores naturais

Os sabores naturais são misturas complexas de compostos aromáticos voláteis extraídos de fontes como frutas, ervas, especiarias e óleos essenciais. Estes voláteis são muitas vezes altamente propensos à evaporação e oxidação. A secagem por pulverização fornece uma rota eficaz para capturar e estabilizar esses perfis de sabor em uma forma de pó que é fácil de manusear e incorporar em produtos alimentares secos ou semi-úmidos.

Retenção de Compostos Voláteis

O desafio principal em sabores de secagem por pulverização é evitar a perda de voláteis durante a atomização e secagem. A escolha do material de parede é fundamental: maltodextrina, goma arábica e amidos modificados formam emulsões finas com o óleo de sabor, encapsulando as gotas. Além disso, a formação rápida de uma crosta na superfície da partícula durante a secagem de armadilhas compostos voláteis dentro. A retenção típica de compostos de sabor em spray bem otimizado pode exceder 80-90%, embora ésteres de baixo ponto de ebulição e aldeídos podem exigir medidas especiais, tais como temperaturas de secagem mais baixas ou o uso de adjuvantes como emulsionantes.

Exemplos de sabores secos por pulverização

Óleos de citrinos (laranja, limão, cal) são frequentemente secos com goma arábica como suporte.O pó resultante pode conter 10-30% de óleo e é utilizado em misturas secas de bebidas, confecções e produtos assados. Extrato de baunilha é frequentemente pulverizado com maltodextrina para produzir um pó fino que se dissolve rapidamente em água. Oleoresinas de herbál e especiarias (como alecrim, tomilho ou canela) são encapsulados para fornecer tanto sabor como propriedades antioxidantes.Os pós secos com spray são estáveis e podem substituir extratos líquidos em misturas temperantes.

Comparação para Secar Congelar

Enquanto a secagem por congelamento mantém sabores voláteis ainda melhor devido a baixas temperaturas, é muito mais caro e em lote. A secagem por pulverização oferece um processo contínuo mais econômico para a produção de alto volume, e com cuidadosa otimização de parâmetros, a qualidade do sabor é aceitável para a maioria das aplicações de alimentos. Além disso, pós secos por pulverização muitas vezes têm melhores propriedades de fluxo e são menos higroscópicos do que pós secos por congelamento quando devidamente formulados.

Parâmetros de Processo e Otimização

Para alcançar alta retenção de cor e sabor, múltiplos parâmetros de secagem por pulverização devem ser ajustados. As variáveis principais incluem temperatura de entrada, temperatura de saída, vazão de alimentação, velocidade ou pressão do atomizador, e o tipo e concentração de agente transportador.

Temperatura de entrada e saída

Altas temperaturas de entrada (180-220 °C) trazem evaporação rápida, mas podem causar degradação térmica se a gota não seca rapidamente o suficiente para manter o núcleo fresco. Para pigmentos sensíveis ao calor, temperaturas de entrada mais baixas (140-170 °C) são frequentemente usadas, combinadas com maior teor de sólidos de alimentação. A temperatura de saída, determinada pelas condições de secagem e taxa de alimentação, é um indicador mais crítico da temperatura do produto. Manter temperatura de saída abaixo de 80-100 °C para betalaínas e abaixo de 70-80 °C para as antocianinas é típico.

Seleção e Concentração do Agente Transportador

O agente transportador atua como um agente de volume, encapsulante e ajuda de secagem. Maltodextrina (DE 10-20) é amplamente utilizado por seu baixo custo, sabor neutro e baixa higroscopicidade. No entanto, para melhor retenção de óleo, goma amido arábico ou modificado pode ser substituído ou misturado. A concentração transportadora normalmente varia de 20% a 60% do total de sólidos. Uma maior relação transportadora melhora o rendimento de secagem e reduz a aderência, mas pode diluir a cor / sabor intensidade. Para encapsulamento sabor, uma relação óleo-carrier de 1:2 a 1:4 (pelo peso) é comum.

Propriedades da Fonte

A viscosidade, o teor de sólidos e a estabilidade da emulsão afetam a atomização e a secagem. Os sólidos de alimentação elevados (30-50%) reduzem a quantidade de água a evaporar, reduzindo os custos energéticos e melhorando o rendimento. No entanto, a alta viscosidade pode exigir uma pressão de atomização mais elevada ou diâmetros maiores do bico, impactando o tamanho das partículas. A estabilidade da emulsão é especialmente importante para os óleos de sabor: a emulsão deve permanecer homogênea durante a secagem; caso contrário, o óleo livre será perdido ou causará aderência nas paredes da câmara.

Parâmetros de Atomização

Os bicos de pressão produzem gotículas grossas (50-200 μm) que resultam em partículas maiores com menor densidade de massa. São adequados para pós de fluxo livre. Os bicos de dois fluidos podem produzir gotículas muito finas (10-50 μm) mas podem exigir mais ar e podem causar maior perda de produto devido a multas. Os atomizadores de disco rotatórios (rodas) oferecem flexibilidade no controle do tamanho de partículas através da velocidade das rodas, mas são mais comuns para plantas de alta capacidade.

Esguicho e deposição de parede

Os corantes naturais e sabores contêm frequentemente açúcares, ácidos orgânicos ou gorduras que causam rigidez durante a secagem. Isto pode levar a depósitos nas paredes da câmara e reduzir o rendimento. Adicionando agentes anti-incêndios (como o fosfato tricálcico) ou usando um transportador com alta temperatura de transição de vidro (por exemplo, maltodextrina) pode atenuar este problema. Além disso, o design da câmara com paredes frias ou mecanismos de raspagem pode ser empregado.

Qualidade e estabilidade dos pós secos por pulverização

A qualidade de uma cor ou sabor em pó de spray é avaliada pelo seu teor de umidade, atividade de água (aw), temperatura de transição de vidro (Tg), retenção de cor, retenção volátil e estabilidade de armazenamento.

Atividade de umidade e água

O teor de umidade deve ser baixo (tipicamente abaixo de 5%) para evitar caking e crescimento microbiano. A atividade da água abaixo de 0,3 é desejada para a estabilidade a longo prazo. No entanto, a umidade muito baixa pode causar, às vezes, alta fragilidade de partículas. Um equilíbrio de umidade entre 2-4% é comumente alvo.

Temperatura de transição de vidro (Tg)

Os açúcares de baixo peso molecular presentes em extratos naturais (por exemplo, glicose, frutose) têm baixos valores de Tg, tornando o pó pegajoso à temperatura ambiente. Usando portadores de alto Tg como maltodextrina ou goma arábica aumenta a transição de vidro do pó final acima da temperatura ambiente, garantindo que ele permanece não-pegado e livre de fluxo. Misturar com amido ou derivados de celulose aumenta ainda mais a estabilidade.

Retenção de cor e sabor durante o armazenamento

Os pigmentos são suscetíveis à oxidação e luz. Encapsulamento com alta barreira transportadores e adição de antioxidantes (como tocoferóis) melhora a vida útil. Por exemplo, spray-seco beetroot pó embalado em folha de alumínio com rubor de nitrogênio pode reter > 90% de sua cor por um ano a 25 °C. Da mesma forma, óleos citrinos encapsulados pode durar mais de dois anos, sem perda significativa de sabor quando armazenado abaixo de 30 °C. Testes de vida útil acelerado a 40 °C e 75% umidade relativa são usados para prever estabilidade.

Aplicações em Produtos Alimentares

Os corantes naturais e sabores secos por pulverização são usados em toda a indústria de alimentos e bebidas para substituir aditivos artificiais. Seu apelo rótulo limpo e facilidade de uso torná-los altamente populares.

Bebidas

As cores naturais em pó de beterraba, cenoura roxa ou espirulina são usadas em bebidas de frutas, bebidas esportivas e coquetéis. Pó de sabor seco em spray (como laranja, limão, manga ou baga) são essenciais para misturas de bebidas instantâneas, pós de chá gelado e coquetéis em pó. A solubilidade rápida de partículas secas em spray não garante nódulos e sabor homogêneo.

Padaria e confeitaria

Os corantes naturais em forma de pó são ideais para a coloração de massas de bolo, coberturas de gelo, decorações e revestimentos de doces. Açafrão (amarelo), rabanete (vermelho) e espirulina (azul-verde) são comuns. As aplicações de confeitaria incluem doces duros, doces gelatinosos e revestimentos de chocolate, onde a cor deve resistir a altas temperaturas de processamento.

Sobremesas de leite e de produtos congelados

Os sabores naturais (como morango, baunilha) e cores (annato para queijo, carmim para iogurte) são muitas vezes pulverizados para melhorar a dispersão no leite ou creme. Os pós dissolvem-se rapidamente sem deixar uma textura gritty. Sorbet fabricantes de sorvete e sorvete usá-los para alcançar consistente cor e gosto lotes.

Carne e temperos de lanche

O sabor de fumaça natural, oleorresina de páprica e extrato de alho, secos por spray, oferecem uma opção concentrada e estável para marinadas e misturas de tempero. O pó adere bem às superfícies de lanche e não causa ranços como extratos líquidos podem.

Comparação com tecnologias alternativas de secagem

Secar, secar a vácuo e secar tambores também são usados para corantes naturais e sabores, mas cada um tem itrade-offs.

Secagem por pulverização vs. Secagem por congelação

A secagem por congelação (liofilização) produz o pó de maior qualidade com danos térmicos mínimos, mas seus altos custos de capital e operação (processo de embalsamento, longo tempo de secagem, baixo rendimento) limitam seu uso a produtos premium ou pesquisa. A secagem por pulverização oferece uma alternativa contínua, econômica e adequada para aplicações a granel. Para sabores, a secagem por pulverização com encapsulamento adequado pode combinar com a secagem por congelamento em retenção volátil para muitos compostos, embora as notas superiores mais sensíveis sejam melhor retidas por secagem por congelamento.

Secagem por pulverização vs. Secagem por tambor

A secagem do tambor (secador de cilindros) usa tambores aquecidos para secar uma fina película de líquido. É mais simples, mas expõe o produto a temperaturas mais elevadas por mais tempo (60–120 segundos), causando mais degradação térmica. O pó de floco resultante é menos uniforme e tem propriedades de reidratação mais pobres. A secagem do tambor é raramente usada para pigmentos ou sabores sensíveis ao calor.

Secagem por pulverização vs. Secagem por vácuo

A secagem a vácuo a baixa temperatura pode preservar bem os compostos voláteis, mas é um processo em lote com transferência de calor lenta e muitas vezes produz um bolo ou sólido que requer moagem. A secagem por pulverização é superior em termos de controle de tamanho de partículas e operação contínua.

Tendências e Inovações futuras

A demanda por ingredientes alimentares naturais e de rótulo limpo continua a impulsionar a inovação na tecnologia de secagem por pulverização. Pesquisadores estão explorando o uso de purê ou suco com alto teor de fibra como ração sem carreadores adicionados, embora a aderência continue sendo um desafio. Novos transportadores de fontes renováveis (como proteína de ervilha, mucilagem de chia e inulina de agave) estão sendo testados para sua capacidade de encapsulamento e estabilização. A secagem de nanospraias permite a produção de partículas submicronas, que podem melhorar a biodisponibilidade de corantes e sabores. Além disso, a tecnologia analítica de processo (PAT) e modelagem de CFD estão ajudando a aumentar os resultados de laboratório para a produção industrial com menos testes e erros. A indústria também está se movendo para menor consumo de energia e impacto ambiental reduzido, por exemplo, usando recuperação de calor e alimentos sólidos elevados para cortar o volume de ar de secagem.

Conclusão

A secagem por pulverização é um processo bem estabelecido, versátil e econômico para a fabricação de corantes e sabores de alimentos naturais de alta qualidade. Ao selecionar cuidadosamente os parâmetros de processo, agentes transportadores e o design de plantas, os fabricantes podem produzir pós que retêm as cores vibrantes e os delicados aromas de fontes naturais, oferecendo a estabilidade e conveniência exigidas pela produção de alimentos modernos. Seu papel só está definido para crescer à medida que o mercado global de ingredientes naturais se expande e os consumidores colocam o prêmio na autenticidade e rótulos limpos. Compreender a ciência por trás da secagem por pulverização – da atomização à formação de partículas – permanece essencial para a produção de pós que atendam às exigências rigorosas de qualidade e segurança dos alimentos.

Referências externas:
Seca de espuma de sumos de frutas e de produtos hortícolas: uma revisão dos parâmetros do processo, dos transportadores e da estabilidade (Jornal de Engenharia Alimentar)[
Microencapsulação de corantes naturais de alimentos utilizando a secagem por pulverização (Trendas em Ciência Alimentar & Tecnologia)[]
FDA Color Additives Information[
FAO discussão sobre ingredientes alimentares de rótulos limpos[[
Sexação de sabores: princípios e práticas (artigo convencional)]]