Características dos diferentes gases na criogenia alimentar

O que é o frio criogénico?

A conservação dos alimentos por via criogénica reúne diferentes processos e técnicas que permitem à indústria alimentar responder às expectativas dos consumidores que procuram produtos de qualidade, saudáveis e com uma duração de conservação longa.
A criogenia usa principalmente azoto ou dióxido de carbono aplicada à qualidade alimentar com o objetivo de fazer baixar a temperatura dos produtos em apenas alguns minutos. Trata-se de uma alternativa ao frio mecânico, esta técnica permite uma grande velocidade de arrefecimento ou congelação graças ao nível extremamente baixo das temperaturas aplicadas.

Características dos fluidos criogénicos utilizados na alimentação

Os principais gases utilizados na congelação criogénica são o azoto líquido e o dióxido de carbono.

Azoto (N₂) líquido

O azoto líquido é produzido em grande quantidade a partir do ar em instalações de separação de ar e é armazenado em recipientes de grande volume específicos para o efeito.
Assim que o azoto líquido já não estiver mais nestas condições de equilíbrio, pressão-temperatura, evapora-se produzindo gases frios que têm uma capacidade de frio significativa.

O azoto líquido é azoto (N₂) armazenado em reservatórios isolados a vácuo, na forma líquida -196ºC e 1,5 bar.
A energia de frio do azoto líquido tem duas origens:

• A mudança de estado quando o azoto passa do estado líquido para o estado gasoso (calor latente de aproximadamente 36 kcal/litro),
• O aquecimento do azoto gasoso a -196°C que transfere as suas frigorias por convecção para os alimentos (calor sensível de 40 kcal/litro quando o azoto atinge -20°C).

Dióxido de carbono (CO₂) líquido

O CO₂ é proveniente de fontes naturais ou de um subproduto de várias indústrias químicas. É completamente depurado antes de ser liquefeito sob pressão normalmente a 20 bar, o que corresponde a uma temperatura de equilíbrio de – 20°C.
Tem a particularidade de produzir neve carbónica e gás a uma temperatura de –78,5°C quando expandido abaixo da pressão de 5,18 bar (ponto triplo). A neve carbónica sublima-se depois passando diretamente do estado sólido ao estado gasoso.

A sua energia de frio tem duas origens:

• Passando para a pressão atmosférica, transforma-se em neve carbónica e em gás frio. A sublimação da neve carbónica liberta, aproximadamente 65 frigorias por kg de CO₂ líquido.
• Então, sob o efeito de aquecimento, o CO₂ gasoso a -78°C liberta aproximadamente 5 a 15 frigorias por kg de CO₂ líquido (a -20°C).

Assim, as quantidades de frigorias disponíveis para cada um dos dois fluidos criogénicos são semelhantes. É por esta razão que, na prática, consideramos que 1 kg de CO₂ = 1 l de azoto = 1 unidade criogénica.

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Implementação numa aplicação industrial?

Os fluidos criogénicos são particularmente fáceis de implementar. Nos dois casos,

• a instalação inclui um armazenamento criogénico, uma linha de transferência, um equipamento de aplicação com o seu sistema de extração de gás, e os equipamentos de segurança.
• os fluidos são transportados por semirreboques até aos armazenamentos fornecidos e colocados à disposição dos utilizadores.

Equipamento de aplicação

Genericamente, é o equipamento criogénico que se integra no processo agroalimentar para a aplicação em questão, como arrefecimento ou congelação.

Cada equipamento implementa um sistema específico de transferência de frigorias, sabendo-se que isso é feito principalmente por contacto direto com o produto a ser tratado.
Na criogenia alimentar, tal contacto pode ser feito de diferentes formas:

• Por imersão ou pulverização no caso do azoto líquido, que pode permitir, por exemplo, congelar uma superfície,
• Por convecção de gases frios,
• Por contacto, sólido/sólido no caso da neve carbónica.

Podemos citar as seguintes tecnologias como exemplos: armários criogénicos (também conhecidos por armários de congelação rápida) ou para produção contínua túneis de tapete ou mesmo imersão .

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Aplicações na indústria

O azoto líquido e o CO₂ podem ser usados diretamente para garantir diferentes funções:

• Congelar ou “formar crostas” num produto na sua superfície, por exemplo, por projeção da neve carbónica ou pulverização de azoto líquido,
• Controlo da temperatura em misturadores, amassadeiras, picadoras, etc. (em particular nos produtos de carne de vaca e de massas),
• Arrefecer ou congelar até ao centro do produto,
• Congelação de produtos individualizados (ex: queijo em cubos, bacon, frutos vermelhos, etc.),
• Enformar (por exemplo, produção de esferas de fermentos lácticos por imersão em azoto líquido),
• Triturar a baixa temperatura para obter tamanhos de partículas muito pequenos,
• …

No caso do CO₂ líquido, a maior parte das frigorias está, portanto, contida na neve carbónica que, compactada em forma de gelo seco, tem uma excelente inércia térmica. Esta inércia é particularmente procurada para garantir um controlo da temperatura “de longa duração” (de alguns minutos até 48 horas) durante transportes refrigerados rodoviários, ferroviários ou aéreos.