Monitoramento contínuo da degradação do óleo de fritura em fritadeiras industriais

A fritura é um dos métodos de cozimento mais antigos e populares. O óleo de fritura é caro e o aquecimento consome energia significativa, portanto, a economia da fritura exige a reutilização do óleo na fritadeira em vários lotes. O uso repetido de óleo de fritura tem se mostrado perigoso devido à degradação química que também degrada o desempenho do óleo de fritura (Liu, M. et al., 2016). A avaliação e o gerenciamento adequado do óleo de fritura usado é um assunto de grande preocupação para agências de saúde, fabricantes de alimentos e consumidores. Garantir produtos fritos seguros e saudáveis ​​e, ao mesmo tempo, controlar custos é o caminho para negócios sustentáveis ​​para as empresas de alimentos.

Por que o óleo de fritura se degrada?

As reações químicas mais frequentes que ocorrem no processo de fritura são hidrólise, polimerização e oxidação, alteração térmica. Essas reações produzem um número considerável de compostos nocivos, como polímeros e cetonas, que alteram significativamente a qualidade do óleo de fritura. Os compostos de termoxidação gerados merecem atenção, pois o estresse oxidativo está associado a vários processos degenerativos e doenças, por exemplo, mutagênese, transformação celular e câncer, aterosclerose, ataques cardíacos e doenças inflamatórias crônicas (Liu, M. et al., 2016).

Na maioria dos casos, a degradação do óleo de fritura é avaliada com base na inspeção visual. Por exemplo, os chefs / engenheiros de fábrica usam sua experiência para decidir quando descartar o óleo com base na formação excessiva de espuma, odor, fumaça, mudanças de cor e degustação dos produtos alimentícios. No entanto, esses métodos não são confiáveis ​​devido à sua natureza subjetiva e esses parâmetros podem se manifestar apenas quando o óleo já se tornou inseguro para ser reutilizado.

Como as fritadeiras industriais monitoram e gerenciam o óleo de fritura?

Na fritura industrial, a equipe de qualidade pode monitorar vários parâmetros químicos durante a operação de fritura em um esforço para manter a qualidade ideal. Na verdade, monitorar o óleo de fritura é essencial para evitar efeitos desagradáveis ​​em produtos de salgadinhos acabados que podem não apenas afetar o sabor, mas também a saúde dos consumidores.

As fábricas geralmente possuem um sistema de filtragem que é projetado para estender a vida útil do óleo, enquanto reduz drasticamente os custos. No entanto, ainda é importante identificar os parâmetros que indicam uma degradação progressiva do óleo, em decorrência do fato de que as propriedades físicas e químicas do óleo e da gordura frita tendem a mudar significativamente após o uso extensivo.

Qual índice de qualidade as fritadeiras usam para otimizar a fritura?

Os engenheiros dessas fábricas de processamento de alimentos se perguntam - qual é o melhor índice químico para o óleo de fritura usar ao desenvolver e implementar um programa para garantir a qualidade dos alimentos que estão sendo fritos? Existem muitos índices diferentes que são usados ​​como:

• Ácido graxo livre (valor de ácido)
• Materiais polares totais (TPM)
• Triglicerídeo polimerizado
• Sabonetes
• Cor Lovibond
• Valor da anisidina
• Valor de peróxido
• Índice de estabilidade de óleo (OSI)

Indicadores físicos como ponto de fumaça, cor, sabor, odor, persistência da espuma e viscosidade são usados ​​para avaliar a qualidade do óleo de fritura.

Fonte: “Sonda de sensor capacitivo para avaliar a degradação do óleo de fritura” - https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

As grandes multinacionais do setor de restaurantes e frituras industriais investiram muito dinheiro para estabelecer uma ligação direta entre os parâmetros químicos do óleo das fritadeiras e a qualidade dos alimentos que estão sendo fritos. Isso significa que os operadores não devem apenas monitorar diferentes parâmetros do óleo em degradação, mas também relacionar esses parâmetros à qualidade sensorial do alimento.

Os fabricantes de equipamentos trabalham com seus clientes para estabelecer pontos finais para o descarte de óleo. Muitos sistemas de teste diferentes foram introduzidos ao longo dos anos, mas muito poucos se apegaram aos serviços de alimentação e fritadeiras industriais, porque poucos usuários em potencial se comprometeriam a determinar os pontos finais de qualidade dos alimentos. Para fazer isso, é necessário um estudo de fritura, que é caro, demorado e muitas vezes precisa de experiência externa para conduzir estudos sensoriais e analisar adequadamente os dados.

O valor de iodo (IV) é usado para a avaliação da adequação dos óleos. Garba et al. relataram que o óleo com alta IV apresentou baixo desempenho devido às reações de oxidação dos lipídios e à formação de hidroperóxidos entre os ácidos graxos insaturados e o oxigênio. Além disso, ácidos graxos livres (FFA), triglicerídeos poliméricos, valor de anisidina (AV) e material polimerizado e oxidado (POM) são amplamente usados ​​como indicadores da qualidade do óleo de fritura, mas não são conclusivos por si próprios.

Em particular, o aumento da viscosidade durante a fritura repetida foi identificado por alguns pesquisadores como o fator responsável pelo aumento da absorção de óleo em alimentos fritos (Guillaumin, 1988; Moreira et al., 1997). Além disso, as mudanças na viscosidade e na densidade do meio de fritura durante a fritura repetida podem afetar a remoção de bolhas flutuantes da superfície do alimento e, consequentemente, a transferência de calor por convecção do óleo para o alimento que é fritado.

A viscosidade se correlaciona muito bem com outros indicadores químicos, como FFA, POM, TPC, Lovibond Color Value, como foi demonstrado por vários estudos, alguns dos quais são mostrados abaixo.

Viscosidade e TPC

Figura 1 - Mostrando a tendência das medições de TPC e viscosidade (também medições capacitivas) com aumento no tempo de aquecimento. Fonte: “Sonda de sensor capacitivo para avaliar a degradação do óleo de fritura” - https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Viscosidade e correlação com o valor da cor Lovibond, ácido graxo livre (FFA), material polimerizado e oxidado (POM)

Figura 2 - Medições com (a) valor Lovibond da cor vermelha (b) FFA (c) POM (d) Viscosidade (largura de banda) com aumento no tempo de aquecimento. Fonte: “Desenvolvimento e avaliação de um novo sensor para avaliação in-situ da qualidade do óleo de fritura” - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Figura 3 - Viscosidade (largura de banda) e tendências de cor Lovibond. Fonte: “Desenvolvimento e avaliação de um novo sensor para avaliação in-situ da qualidade do óleo de fritura” - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Figura 4 - Viscosidade (largura de banda) e tendências de FFA. Fonte: “Desenvolvimento e avaliação de um novo sensor para avaliação in-situ da qualidade do óleo de fritura” - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Estudos mostrando como a viscosidade evolui com o tempo de aquecimento

Os pesquisadores realizaram uma análise de regressão (https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021) para examinar a dependência da viscosidade em relação ao número de lotes de fritura. A análise mostrou que, para a alta carga de fritura, a viscosidade estava relacionada ao número do lote de fritura seguindo uma equação polinomial de segunda ordem.

A análise de regressão linear para tipos de óleo (óleo de palma e azeite) mostrou que a viscosidade do óleo durante a fritura e aquecimento é uma função da viscosidade do óleo fresco e da concentração de diferentes classes de compostos poliméricos gerados durante o processo de fritura e aquecimento. Esta equação é válida também para outros tipos de óleo, desde que as mesmas classes de compostos sejam geradas durante a fritura e o aquecimento.

Figura 5 - A evolução da viscosidade com o tempo de aquecimento seguiu uma função polinomial de segunda ordem conforme o estudo. Fonte: “Efeito da fritura repetida na viscosidade, densidade e tensão interfacial dinâmica do óleo de palma e azeite” - https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021

Viscosidade e conteúdo de triglicerídeos

Estudos e dados experimentais (Olivares-Carrillo et al., 2014) revelam que as principais reações químicas que ocorrem durante a fritura são a ruptura de alguns triglicerídeos e a polimerização por adição de triglicerídeos contendo cadeias de ácidos graxos C18: 2 e C18: 3, sendo a última reação responsável pelo incremento abrupto de viscosidade observado.

A viscosidade fornece um excelente índice para acompanhar a perda no conteúdo de triglicerídeos causada pelos processos de fritura. A relação quantitativa entre o teor de triglicerídeos e a viscosidade (específica) do óleo de soja foi estabelecida pelos pesquisadores.

Figura 6 - Evolução do teor de triglicerídeos e viscosidade de cisalhamento zero do óleo de soja com o tempo de cozimento e estabelecido. Fonte: “Viscosidade como uma medida das mudanças na composição do óleo devido à degradação térmica, reologia aplicada” - http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

Figura 7 - Correlação entre viscosidade específica e% em peso de triglicérides. Fonte: “Viscosidade como uma medida das mudanças na composição do óleo devido à degradação térmica, reologia aplicada” - http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

Viscosidade específica nsp = (n - n0) / n0, onde a viscosidade de referência n0 é a correspondente à amostra de óleo original no “tempo de cozimento zero”. % De peso de correlação estabelecida (triglicérides) = 96.28 - 2.75 nsp

Até o momento, vários métodos foram desenvolvidos e introduzidos para medir os diferentes parâmetros químicos e físicos do óleo de fritura. Por exemplo, sistema quimiossensorial para controlar a qualidade do óleo em indústrias alimentícias, Fourier transforma infravermelho (FTIR) para diferenciar entre óleos bons e inadmissíveis, cromatografia para medir a constante dielétrica, ponto de fumaça e viscosidade e análise de imagem para determinar a taxa de TPC no óleo de fritura . No entanto, esses métodos são predominantemente baseados em amostragem e são complicados, demorados e caros. Portanto, é necessário desenvolver um sistema de detecção simples para ajudar na avaliação da qualidade do óleo de fritura.

Existem instrumentos que medem a qualidade do óleo de fritura testando os materiais polares totais (TPM) com base nas mudanças na constante dielétrica do óleo. Os kits de teste FFA e TPC são baseados na reação de cor do óleo. No entanto, existem algumas limitações com esses dispositivos, como requisitos de calibração complexos, adequação para diferentes tipos de óleo, bem como dependências distintas de temperatura.

O sensor deve ser confiável nas condições "difíceis" de fritura

Na aplicação do óleo de fritura, há um fator de extrema importância - a limpeza. Os óleos de fritura são um ambiente dinâmico. Polímeros (acúmulo de marrom) começam a se formar nas superfícies de aquecimento da fritadeira e são depositados em várias seções da fritadeira. Esses polímeros são removidos usando limpadores cáusticos fortes e esfregando. Muitos dos próprios sensores são propensos a depósitos de polímero, tornando o instrumento menos sensível, o que pode afetar adversamente seu desempenho.

Portanto, o sensor implantado para medições deve ser facilmente limpo e deve ser capaz de produzir medições em tais ambientes. Melhor ainda, se o sensor auxiliar nos ciclos de limpeza e ajudar a detectar pontos finais para a fase de limpeza.

Vários estudos estabelecem que a viscosidade é um indicador confiável da qualidade do óleo em processos de fritura. Ele mostra correlações razoáveis ​​com outros indicadores químicos importantes, como POM, FFA, TPM, conteúdo de triglicerídeos e valores de cor.

Medir a viscosidade do óleo é um método rápido para determinar a condição do óleo e é considerado um parâmetro importante na avaliação da prontidão do ativo. O sensor de viscosidade que pode complementar a espectroscopia infravermelha (IR) e outros sensores de propriedade em massa fornece dados instantâneos de temperatura e viscosidade on-line, não tem partes móveis e uma ampla faixa de operação e oferece conectividade plug-and-play universal para integração com e em outros produtos portáteis.

Um viscosímetro em linha, como o SRV, garante que os engenheiros no chão possam monitorar e agir sobre os dados contínuos de viscosidade do sensor. Além das possibilidades de automação a partir desses dados, também é extremamente eficiente em comparação aos métodos tradicionais que envolvem amostragem e outras intervenções manuais.

Figura 8 - (a) Dispositivo portátil de medição de TPM (à esquerda) (b) Medição de ácidos graxos livres usando a haste de teste (à direita) - ambos precisam de medições manuais periódicas regulares de engenheiros / operadores no chão de fábrica

Ressonador torcional balanceado - O trocador de jogo na tecnologia do viscosímetro

Figura 9 - Rheonics SRV Viscosímetro - Para rastreamento contínuo da degradação do óleo

Figura 10 - SensorOperating Principle, Leia mais: https://rheonics.com/whitepapers/

• Rheonics A tecnologia de viscosidade SRV utiliza um fluido ultraestável torsionally balancedmechanicaeu ressonador (Patente US 9,267,872) cujas oscilações são amortecidas pela viscosidade do
• Quanto mais viscoso for o fluido, maior será o amortecimento mecânico do ressonador. Medindo o amortecimento, o produto da viscosidade e densidade é estimado.
• O ressonador é excitado e detectado por meio de um transdutor eletromagnético montado no corpo do sensor.
• O amortecimento é medido por Rheonics tecnologia de loop de bloqueio de fase fechada comprovada e patenteada patenteada
• Com base nessas duas tecnologias principais, o sensor de viscosidade SRV oferece medições estáveis, repetíveis e altamente precisas da viscosidade do óleo, sendo pequeno o suficiente para caber na palma da sua mão.

Rheonics O Sensor SRV é um sensor de fator de forma pequeno construído para ser inserido diretamente nos recipientes de fritura com óleo. A precisão e a estabilidade extremamente altas da medição da viscosidade permitem a detecção rápida da menor variação e acúmulo de substâncias/compostos indesejados no óleo de fritura.

Um viscosímetro em linha que faz medições continuamente permite que os engenheiros na fábrica alcancem o seguinte:

• Para monitoramento automatizado, dosagem de óleo fresco e modificadores para manter a qualidade desejada do óleo
• Para verificar a periodicidade da amostragem - determine quando uma amostra de laboratório deve ser coletada para realizar uma medição em profundidade de vários parâmetros
• Detecte qualquer anomalia ou comportamento inesperado e tome ações corretivas
• Aja com óleo ou produto sendo frito se a tendência estiver errada
• Rastreie e rastreie cada lote de produtos fritos até o pacote exato de batatas fritas!

Figura 11 - Visão geral do Rheonics Interface de software

Rheonics O viscosímetro em linha SRV facilita ainda mais a vida do operador da fritadeira por características que o tornam adequado para processos alimentícios.

• Conexões sanitárias e higiênicas
• O sensor completo é compatível com CIP (clean-in-place)
• As medições são extremamente repetíveis, dando resultados precisos
• Com compensação de temperatura a bordo
• Não requer recalibrações, mas oferece suporte para verificação de calibração rápida em campo (conformidade com FDA)
• Ter reprodutibilidade inter-sensor que permite a reutilização da mesma correlação em várias plantas e troca / substituição de sondas sem qualquer reprogramação
• A tecnologia subjacente operada em amplitudes de vibração submícron que não afetam a estrutura do fluido, dando a você uma medição precisa do próprio fluido
• Permitindo fácil instalação diretamente na linha de processo, sem necessidade de desvio, sem interrupção do fluxo
• Um sensor robusto feito de aço inoxidável 316L com conexões seladas (IP69K) para suportar alta temperatura, alta pressão, limpeza ácida e alcalina
• Baixo custo operacional vitalício com manutenção zero
• ROI (retorno do investimento) muito alto

Garanta a segurança de sua operação de fritura enquanto delicia seus clientes!

Por fim, um sensor on-line de óleo de fritura verdadeiramente inline que não precisa da atenção do operador e ajuda os operadores a se concentrarem em obter o rendimento máximo nas fritadeiras.

1. Guillaumin, R., 1988. Kinetics of fat penetration in food. In: Varela, G., Bender, AE, Morton, ID (Eds.), Frying of Food: Principles, Changes, New Approaches. Ellis Horwood Ltd., Chichester, pp. 82-90.
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