Na produção moderna de alimentos, o controle da exposição ao oxigênio pode desempenhar um papel importante na manutenção da qualidade do produto durante a embalagem, o armazenamento, o transporte e a comercialização.
A conservação de alimentos com nitrogênio utiliza esse gás para deslocar parte ou a maior parte do oxigênio presente em uma embalagem, recipiente ou espaço livre. Como o nitrogênio é relativamente inerte em condições normais de embalagem de alimentos, ele pode ajudar a reduzir a oxidação e criar uma atmosfera mais controlada ao redor do produto.
Essa abordagem é comumente utilizada na injeção de nitrogênio, embalagem em atmosfera modificada, preenchimento do espaço livre da embalagem e determinadas aplicações de armazenamento. A pureza necessária do nitrogênio, o nível de oxigênio residual, a vazão de gás e o método de embalagem devem sempre ser adequados ao alimento e ao processo de produção específicos.
O que é a conservação de alimentos com nitrogênio?
A conservação de alimentos com nitrogênio refere-se ao uso desse gás para reduzir a exposição dos produtos alimentícios ao oxigênio.
Em muitas aplicações de embalagem, o nitrogênio é introduzido antes ou durante a selagem para deslocar o ar atmosférico presente na embalagem. A redução da concentração de oxigênio pode ajudar a retardar alterações relacionadas à oxidação, como rancidez, deterioração do sabor, perda de aroma e alterações de cor em alimentos sensíveis ao oxigênio.
O nitrogênio também pode ser utilizado como parte de um sistema de embalagem em atmosfera modificada em conjunto com outros gases, dependendo do produto e do objetivo de conservação.
Os usos comuns incluem injeção de nitrogênio antes da selagem, embalagem em atmosfera modificada, preenchimento do espaço livre da embalagem, inertização do espaço livre de tanques e recipientes de armazenamento e fornecimento contínuo de nitrogênio para linhas automatizadas de embalagem.
Por que o controle do oxigênio é importante na embalagem de alimentos?
O oxigênio pode contribuir para vários tipos de deterioração da qualidade dos alimentos.
Produtos que contêm óleos e gorduras podem sofrer oxidação, contribuindo para a rancidez e alterações indesejáveis no sabor e no aroma. A exposição ao oxigênio também pode afetar a cor, os nutrientes e outras características de qualidade, dependendo do produto.
Café, castanhas, snacks, produtos em pó, cereais, óleos comestíveis e outros produtos sensíveis ao oxigênio podem, portanto, se beneficiar de atmosferas controladas nas embalagens.
O nitrogênio ajuda reduzindo a quantidade de oxigênio ao redor do produto.
No entanto, o nitrogênio não deve ser tratado como um método universal de controle microbiológico. A estabilidade microbiológica depende de vários fatores, incluindo composição do produto, temperatura, atividade de água, condições de embalagem, outros gases presentes e os microrganismos de interesse.
Portanto, o nitrogênio é uma parte de uma estratégia de conservação, e não um substituto para os controles adequados de segurança dos alimentos.
Como funciona a conservação de alimentos com nitrogênio?
O princípio básico é o deslocamento do oxigênio.
O nitrogênio é introduzido em uma embalagem, recipiente ou espaço de armazenamento antes da selagem ou durante uma operação com atmosfera controlada. À medida que o nitrogênio entra, a proporção de oxigênio atmosférico ao redor do produto é reduzida.
O método adequado depende do produto, do equipamento de embalagem, da velocidade de produção, da meta de oxigênio residual e do desempenho de vida útil necessário.
Injeção de nitrogênio
A injeção de nitrogênio introduz o gás na embalagem pouco antes da selagem.
O gás que entra desloca parte do ar presente no espaço livre da embalagem, reduzindo a quantidade de oxigênio ao redor do alimento.
Esse método é comumente utilizado para produtos como snacks, café, castanhas, produtos em pó e outros alimentos embalados nos quais o controle da oxidação é importante.
A eficácia da injeção depende de fatores como geometria da embalagem, vazão de nitrogênio, método de enchimento, velocidade de selagem e nível desejado de oxigênio residual.
Embalagem em atmosfera modificada
Na embalagem em atmosfera modificada, o nitrogênio pode ser utilizado isoladamente ou como parte de uma mistura controlada de gases.
Diferentes alimentos exigem diferentes composições gasosas. Portanto, o nitrogênio não deve ser automaticamente considerado o único ou o gás ideal para todas as aplicações de atmosfera modificada.
A atmosfera adequada deve ser determinada de acordo com o alimento, seus mecanismos de deterioração, o material da embalagem, as condições de armazenamento e a vida útil necessária.
Preenchimento do espaço livre
O nitrogênio pode ser utilizado para preencher o volume não ocupado da embalagem e, ao mesmo tempo, reduzir a exposição ao oxigênio.
Para produtos frágeis, como batatas chips e snacks expandidos, o espaço livre preenchido com nitrogênio também pode proporcionar amortecimento físico, ajudando a reduzir o esmagamento do produto durante o transporte e o manuseio.
Dessa forma, a embalagem com nitrogênio desempenha tanto uma função de controle da atmosfera quanto, em algumas aplicações, uma função de proteção da embalagem.
Inertização de tanques e recipientes
O nitrogênio também pode ser introduzido no espaço livre de tanques, vasos ou recipientes de armazenamento.
Ao reduzir o contato entre o produto armazenado e o oxigênio atmosférico, a inertização com nitrogênio pode ajudar a controlar a oxidação em processos adequados de alimentos líquidos ou secos.
A pressão, a vazão, a pureza do nitrogênio e o método de controle necessários dependem do sistema de armazenamento e dos requisitos do produto.
Principais benefícios da conservação de alimentos com nitrogênio
Quando aplicado adequadamente, o nitrogênio pode ajudar a reduzir a deterioração relacionada à oxidação, favorecer a retenção de sabor e aroma, melhorar a estabilidade do produto, proteger alimentos frágeis e integrar-se a operações automatizadas de embalagem.
Para produtos e sistemas de embalagem adequados, a redução da exposição ao oxigênio pode contribuir para uma vida útil mais longa. O desempenho real da vida útil deve ser validado considerando a formulação específica do produto, o material da embalagem, o nível de oxigênio residual, a temperatura de armazenamento e as condições de distribuição.
Embalagens preenchidas com gás também podem criar uma proteção ao redor de produtos frágeis, ajudando a reduzir quebras durante o manuseio e o transporte.
O nitrogênio pode ser integrado a equipamentos contínuos de enchimento, injeção e selagem, tornando-o adequado para operações de embalagem de alimentos de alta produtividade.
Alimentos comumente embalados com nitrogênio
O nitrogênio pode ser utilizado com diversos alimentos sensíveis ao oxigênio ou frágeis, incluindo batatas chips e snacks expandidos, castanhas e sementes, café em grãos e moído, produtos à base de chá, leite em pó e determinados pós lácteos, cereais e ingredientes secos, produtos de panificação e alimentos secos, temperos e ingredientes em pó, óleos comestíveis e determinados ingredientes líquidos.
As mesmas condições de nitrogênio não devem ser aplicadas automaticamente a todos os alimentos. A pureza do gás, a vazão, a meta de oxigênio residual e o método de embalagem devem ser determinados de acordo com o processo real.
Para requisitos mais amplos de ar comprimido e tratamento de gases nesse setor, consulte as soluções da Lingyu para alimentos e bebidas.
Opções de fornecimento de nitrogênio para a produção de alimentos
Os fabricantes de alimentos geralmente obtêm nitrogênio por meio de cilindros, fornecimento a granel ou geração no local.
Cilindros de gás
Os cilindros de nitrogênio podem ser práticos para usos de baixo volume ou intermitentes.
Eles exigem relativamente pouca infraestrutura instalada, mas a substituição regular, o manuseio dos cilindros, o armazenamento e o gerenciamento das entregas podem se tornar menos convenientes à medida que o consumo aumenta.
Nitrogênio a granel ou líquido
Instalações com maior consumo podem utilizar nitrogênio a granel fornecido por um fornecedor externo de gases.
O fornecimento a granel pode atender a uma demanda elevada, mas exige equipamentos de armazenamento, planejamento de entregas e acesso adequado ao local para reabastecimento.
Geração de nitrogênio no local
Para uma demanda regular ou contínua de nitrogênio, um gerador de nitrogênio instalado no local pode produzir nitrogênio diretamente a partir do ar comprimido.
O gerador de nitrogênio PSA da Lingyu utiliza duas torres de adsorção preenchidas com Peneira Molecular de Carbono (CMS). O oxigênio é adsorvido preferencialmente pela CMS, enquanto o nitrogênio passa pelo leito de adsorção e é coletado como gás produto.
A segunda torre é regenerada enquanto a primeira realiza a adsorção, e as torres alternam automaticamente para manter a produção contínua de nitrogênio.
Como funciona um gerador de nitrogênio PSA?
A Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA) separa o nitrogênio do ar comprimido por meio de ciclos repetidos de adsorção e regeneração.
O ar comprimido entra em um dos vasos de adsorção, onde a CMS adsorve preferencialmente as moléculas de oxigênio. O nitrogênio passa pelo leito e sai como gás produto.
Ao mesmo tempo, o segundo vaso passa por despressurização e regeneração. O oxigênio anteriormente adsorvido pela CMS é liberado e descarregado.
Quando a torre de adsorção ativa atinge seu limite operacional, o sistema de controle alterna as funções das torres. A torre regenerada inicia a adsorção enquanto a outra passa pela regeneração.
Esse processo alternado e contínuo permite produzir nitrogênio no local sem depender totalmente de entregas de gás armazenado.
Faixa operacional do gerador de nitrogênio PSA
O sistema de geração de nitrogênio PSA da Lingyu atende a uma ampla faixa de requisitos de pureza de nitrogênio.
| Parâmetro | Especificação |
|---|---|
| Temperatura do ar de entrada | ≤40 °C |
| Pressão do ar de entrada | 0,5–0,8 MPa |
| Pureza do nitrogênio | 95%–99,999% |
| Ponto de orvalho do nitrogênio | ≤−40 °C |
| Temperatura ambiente | ≤40 °C |
| Ciclo de alternância | 45–60 segundos |
| Alimentação elétrica | 220 V / 50 Hz |
| Nível de ruído | ≤75 dB |
A pureza adequada deve ser selecionada de acordo com os requisitos da embalagem ou do armazenamento, em vez de se escolher automaticamente a maior pureza disponível.
Por que a geração de nitrogênio no local pode ser útil?
A geração no local pode reduzir a dependência de cronogramas de substituição de cilindros e de entregas regulares de gás a granel.
Ela também permite que as instalações de produção gerem nitrogênio de acordo com seu cronograma operacional e sua demanda real de gás.
Os sistemas PSA da Lingyu incluem partida/parada automática, alternância das torres controlada por PLC, monitoramento em tempo real da pureza e da vazão do nitrogênio, além de alarme e proteção para nitrogênio fora da especificação.
Para linhas automatizadas de embalagem de alimentos, essas funções podem ajudar os operadores a monitorar a produção de gás e identificar condições nas quais o nitrogênio esteja fora da faixa de pureza exigida.
Qual pureza de nitrogênio é necessária para a embalagem de alimentos?
Não existe uma única pureza de nitrogênio automaticamente correta para todas as aplicações alimentícias.
A pureza necessária deve ser determinada pelo nível de oxigênio residual que o processo de embalagem ou armazenamento precisa atingir.
Entre os fatores importantes estão o nível máximo aceitável de oxigênio residual, sensibilidade do produto à oxidação, volume da embalagem, eficiência da injeção de nitrogênio, velocidade da linha de embalagem, vida útil desejada, consumo de nitrogênio, requisitos aplicáveis à produção de alimentos e custo operacional.
Uma pureza mais elevada de nitrogênio não resulta automaticamente em um sistema melhor quando a aplicação não a exige.
Uma pureza mais elevada pode afetar a recuperação de nitrogênio, a demanda de ar comprimido, o tamanho do equipamento e o custo operacional. Portanto, o sistema deve ser projetado de acordo com as especificações reais do processo.
A vazão de nitrogênio é tão importante quanto a pureza
A pureza é apenas um dos fatores envolvidos no dimensionamento de um gerador de nitrogênio.
O gerador também deve fornecer nitrogênio suficiente tanto durante a demanda normal quanto durante os picos da operação de embalagem.
Uma linha de embalagem pode apresentar consumo médio relativamente baixo, mas uma demanda instantânea muito maior durante a injeção, o enchimento ou a operação simultânea de várias máquinas.
Portanto, o projeto do sistema deve considerar tanto a pureza necessária do nitrogênio quanto a vazão necessária.
Um tanque pulmão de nitrogênio também pode ser utilizado para ajudar a equilibrar a produção do gerador com as variações da demanda a jusante.
Tratamento do ar comprimido para geração de nitrogênio PSA
Um gerador de nitrogênio PSA depende de ar comprimido adequadamente condicionado.
Uma configuração típica de geração de nitrogênio pode incluir compressor de ar, reservatório de ar, secador de ar por refrigeração, estágios de filtragem, gerador PSA, tanque pulmão de nitrogênio, analisador de nitrogênio/oxigênio e controles de saída.
A umidade, o óleo e a contaminação por partículas devem ser controlados antes que o ar comprimido entre nos vasos de adsorção com CMS.
Quando for necessária filtragem adicional do ar de entrada, os filtros de precisão para ar comprimido da Lingyu podem ser integrados ao sistema de pré-tratamento do ar comprimido.
Condições estáveis de entrada ajudam o sistema de adsorção a manter uma produção confiável de nitrogênio.
Monitoramento on-line da pureza e proteção contra gás fora da especificação
A qualidade do nitrogênio não deve ser presumida apenas com base na especificação nominal do gerador.
O sistema de controle PSA da Lingyu monitora on-line a pureza e a vazão do nitrogênio. Se a pureza cair abaixo do valor especificado, o sistema pode ativar um alarme, e uma condição persistente fora da especificação pode acionar uma parada de proteção.
Isso é particularmente importante quando o processo de embalagem de alimentos depende da manutenção de um nível definido de oxigênio residual.
A própria embalagem ainda deve ser validada separadamente, pois a pureza do nitrogênio produzido pelo gerador e o nível de oxigênio residual dentro de uma embalagem selada não representam a mesma medição.
Armazenamento intermediário e distribuição de nitrogênio
Um tanque pulmão de nitrogênio pode ajudar a estabilizar a pressão e o fornecimento quando a demanda de gás a jusante varia rapidamente.
O volume necessário do tanque depende de fatores como produção do gerador, consumo da linha de embalagem, vazão de pico, pressão de operação e variação de pressão aceitável.
A tubulação de distribuição também deve ser dimensionada para fornecer vazão suficiente sem perda excessiva de pressão.
Em instalações maiores, a demanda de nitrogênio de várias linhas de embalagem deve ser considerada em conjunto, em vez de dimensionar cada linha de forma independente sem avaliar a carga total do sistema.
Seleção de um sistema de nitrogênio no local para produção de alimentos
Um sistema de nitrogênio confiável deve ser selecionado com base nos dados reais do processo.
Os principais fatores de engenharia incluem pureza necessária do nitrogênio, nível desejado de oxigênio residual na embalagem, vazão necessária de nitrogênio, demanda de pico da linha de embalagem, capacidade e pressão do ar comprimido, temperatura do ar de entrada, qualidade do ar comprimido, horas de operação da embalagem, requisitos do tanque pulmão de nitrogênio, pressão de distribuição, monitoramento on-line da pureza, tratamento do gás fora da especificação, acesso para manutenção, demanda futura esperada da produção e custo operacional do ciclo de vida.
Para instalações que estejam avaliando diferentes níveis de pureza e capacidades de produção, a linha de geradores de nitrogênio da Lingyu oferece diversas configurações PSA.
Conservação com nitrogênio e segurança dos alimentos
O nitrogênio pode ajudar a controlar a oxidação e a atmosfera da embalagem, mas não deve ser apresentado como uma garantia independente de segurança dos alimentos.
A segurança dos alimentos continua dependendo de fatores como qualidade das matérias-primas, processamento higiênico, controle de temperatura, formulação, atividade de água, integridade da embalagem, riscos microbiológicos e requisitos regulatórios aplicáveis.
A pureza e a qualidade do gás utilizado em um ambiente de produção de alimentos também devem ser selecionadas e verificadas de acordo com os requisitos aplicáveis ao produto e ao mercado de destino.
Portanto, a conservação com nitrogênio deve ser integrada ao sistema mais amplo de segurança dos alimentos e controle de qualidade, em vez de ser tratada como um substituto para ele.
Conclusão
A conservação de alimentos com nitrogênio reduz a exposição ao oxigênio ao redor de produtos alimentícios adequados e ajuda a criar uma atmosfera mais controlada de embalagem ou armazenamento.
Para produtos sensíveis ao oxigênio, a injeção de nitrogênio ou a embalagem em atmosfera modificada pode ajudar a reduzir a oxidação, proteger o sabor e o aroma, melhorar a estabilidade da embalagem e favorecer uma vida útil mais longa. O espaço livre preenchido com nitrogênio também pode proporcionar proteção física para alimentos frágeis.
O nitrogênio pode ser fornecido por cilindros, sistemas a granel ou gerado no próprio local. Para instalações com demanda contínua ou previsível de nitrogênio, a geração PSA oferece uma forma de produzir nitrogênio diretamente a partir do ar comprimido.
Os sistemas PSA da Lingyu utilizam duas torres de adsorção com CMS e oferecem pureza de nitrogênio de 95% a 99,999%. A faixa operacional também inclui temperatura do ar de entrada ≤40 °C, pressão de entrada de 0,5–0,8 MPa, ponto de orvalho do nitrogênio ≤−40 °C, temperatura ambiente ≤40 °C, ciclo de alternância de 45–60 segundos, alimentação elétrica de 220 V / 50 Hz e nível de ruído ≤75 dB. A operação automática, o monitoramento on-line da pureza e da vazão e a proteção contra gás fora da especificação favorecem a produção contínua de nitrogênio.
A solução de nitrogênio correta deve, em última análise, ser selecionada de acordo com o alimento, o nível desejado de oxigênio residual, a pureza e a vazão de nitrogênio necessárias, o processo de embalagem, as condições do ar comprimido, os requisitos de armazenamento e as normas aplicáveis à produção de alimentos.
Para dimensionamento específico do sistema e requisitos de nitrogênio de cada projeto, entre em contato com a Lingyu.
