PROCESSO DE OBTENÇÃO DE EXTRATO DE MATE TOSTADO

Campo da invenção

[001] A presente invenção trata de um processo de obtenção de um produto alimentício, mais especificamente de um processo de extração de extratos solúveis de vegetais, mais especificamente de um processo de extração de solúveis de erva mate utilizando-se de uma etapa de tosta em leito fluidizado e de uma etapa de extração de solúveis realizada sob vácuo e aplicando-se ultrassom ao meio.

Histórico da invenção

[002] A grande procura por alimentos naturais e livres de aditivos químicos tem aumentado a necessidade no desenvolvimento de novas tecnologias de processamento que tragam, em sua essência, itens fundamentais como eficiência, economia, qualidade e segurança alimentar.

[003] Para que a indústria alimentícia possa garantir exigências como estas, cada vez mais presentes no chamado "consumo consciente", faz-se necessário o desenvolvimento de processos industriais que preservem as características originais dos alimentos, de maneira a entregar ao consumidor produtos com aroma, sabor e valor nutricional próximos ou até mesmo superiores às matérias primas de origem.

[004] No caso específico desta tecnologia, buscou-se resolver os principais problemas que caracterizam a produção de extrato de mate tostado que serve de base para bebidas "prontas para beber" produzidas a partir da erva mate - llex paraguariensis, tais como chá mate, chá mate tostado ou chá mate aromatizado.

[005] Atualmente, os extratos ou preparados concentrados oriundos da erva mate trazem como principal apelo comercial o fato de manterem as propriedades organolépticas e nutricionais da matéria prima de origem. [006] Ocorre que a erva mate para ser processada e conservar tais características deve respeitar diversos critérios de processamento para não perder os compostos benéficos à saúde, bem como os que garantem seu sabor peculiar.

[007] Nesse contexto, o maior desafio tecnológico para a obtenção destes extra- tos consiste no processamento da matéria prima de tal forma a se preservar a maioria das propriedades da planta "in natura".

[008] Os processos atuais comumente usados para "tostar" erva mate e obter mate tostado, utilizam métodos oriundos de outros ramos da indústria de alimentos. O mais conhecido e utilizado é o processo na "torra" do café, adaptado às necessidades e condicionantes da erva mate.

[009] Este sistema utiliza fornos dotados de câmara ou cilindro rotativo, com ou sem agitadores, em que a erva mate (folhas e galhos) são mantidos a temperaturas entre 180°C e 220°C por tempos não superiores a 15 minutos.

[010] Ocorre que, nestas condições, as folhas de erva-mate que possuem granu- lometria e densidade diferentes entre si e em relação aos galhos, acabam gerando uma tosta irregular das partículas. Ou seja, enquanto as partículas maiores passam por um aquecimento insuficiente, as partículas menores sofrem o que é descrito como queima ou carbonização.

[011] Dessa forma, muitas das características da erva-mate, como aroma, açúcares, cafeína e outros substâncias, são perdidas com o aumento da temperatura de processo.

[012] Neste aspecto, a inovação proposta levou em conta tal particularidade indesejável do processo convencional, para propor a etapa de "tosta" em leito flu- idizado, onde, necessariamente, a erva mate tem que ser previamente classificada, separada em duas fases distintas (folhas e galhos), e homogeneizada gra- nulometricamente, a fim de proporcionar a padronização do processo e, com isso, diminuir consideravelmente a temperatura e o tempo de permanência no forno, evitando, assim, a degradação dos compostos acima citados.

[013] Portanto, a homogeneização e a padronização do mate tostado são de fundamental relevância para as etapas seguintes de extração, concentração e estabilização do extrato líquido de mate tostado, mantendo a maioria das características da erva mate.

[014] Concomitante com o processo inovador de tosta da erva mate em leito flu- idizado, fez-se necessário o desenvolvimento de uma técnica de extração e produção de extratos que reproduzissem as mesmas condições de processamento e manutenção da integridade das propriedades das matérias primas, neste caso específico da erva mate, e que evitassem problemas de alteração e ou deterioração da qualidade obtida na etapa de tosta.

[015] Para tal, foi desenvolvido um processo inovador que utiliza a tecnologia de ultrassom agregada ao sistema de percolação sob vácuo em reator agitado.

[016] Essa técnica possibilita o processamento da erva mate em temperaturas inferiores ao processo convencional de extração aquosa, gerando ganhos de qualidade sensorial e propriedades físico químicas do extrato obtido.

[017] Já conhecido no estado da técnica, o ultrassom ainda é pouco utilizado em processos de larga escala e pouco conhecido para este fim. Porém, dadas as suas particularidades, traz vantagens singulares ao processo de extração de solúveis de plantas medicinais e ou ervas aromáticas, facilitando sobre maneira o tempo de processamento, a qualidade dos extratos e o consumo de energia.

[018] A melhoria da extração dos solúveis, utilizando técnicas mais aprimoradas, visa otimizar o processo, minimizando custos de produção e, claro, aumentar a eficiência do uso da matéria-prima.

[019] Nesse contexto tem-se como principais vantagens, a melhoria quantitativa e qualitativa dos extratos produzidos, otimização de equipamentos devido à alta produtividade em tempo reduzido, diminuição significativa do consumo de energia térmica e elétrica, maior aproveitamento da matéria prima e ganho de eficiência no processo.

[020] Assim, entende-se que fica caracterizado o caráter inovador da técnica por conter tais benefícios ainda não conhecidos no estado da técnica.

Análise do estado da técnica

[021] O documento BR 10 2015 017419 5 mostra um sistema de lavagem e sapeco para erva mate in natura por água quente e equipamento secador de erva mate com água que promove o sapeco e a lavagem da erva mate por meio de um equipamento específico, que utiliza troca de calor por água, evitando o uso de chamas para o sapeco das folhas, ao mesmo tempo em que utiliza de água para realizar a lavagem das folhas.

[022] O pedido PI 0701881-9, já arquivado, desvela um processo para elaboração de um extrato líquido e concentrado com erva mate, chá ou outras plantas usadas para infusões utilizando uma solução aquosa de propileno-glicol para extra- ção em torres de lavagem associada a uma etapa de aquecimento da solução.

[023] A patente PI 0901134-0 trata de um processo de produção de concentrado de erva mate composto por cinco etapas: (i) trituração de erva-mate in natura, (ii) filtragem, (iii) adição dos ingredientes, (iv) aquecimento até alcançar 100°C por 5 minutos, (v) engarrafamento.

[024] O documento MU 9001057-4 traz um equipamento para sapecagem e secagem de folhas de erva mate por vapor de água quente, que utiliza troca de calor por água quente.

[025] O documento PI 1002236-8 revela um processo de tracionamento e sapecagem para folhas de erva mate com vapor de água quente para eliminação de toxidade com temperatura controlada e previamente calculada, com a finalidade do preparo da folha, para o consumo humano. [026] O pedido CN104605059 mostra um sistema de produção de bebida a partir de folhas e talos de erva mate, sendo submetidos a uma extração por contracor- rente, resfriamento, separação, filtração e moagem, de modo a obter um pó de erva mate que é administrado num reator de extração de óleo essencial por refluxo com aquecimento.

[027] A patente US20160338375 revela um método de extração de chá que compreende a extração por pressão em vários estágios.

[028] A patente PI0404296-4 traz um processo de extração do mate que prevê a tosta em um tostador de cilindro rotativo aquecido por calor indireto, a percolação com água quente.

Descrição das figuras

[029] A Figura 1 ilustra o estado da técnica atual, no que tange à tosta de ervas, tal como a erva-mate, para o preparo de infusões, onde se percebe um tostador provido de uma câmara ou cilindro rotativo (3) onde se procede à queima da matéria-prima, que é abastecida por uma entrada (2), geralmente superior, e uma saída (4), geralmente inferior, onde os gases são expelidos por chaminés (1).

[030] A Figura 2 ilustra o modelo de tostador em leito fluidizado da presente inovação, onde se observa a entrada (5) e a saída (6) de ar, e o agitador (7).

[031] A Figura 3 representa o reator para a extração dos solúveis, provido de um agitador (8) e um sonotrodo (9). Adicionalmente, o reator pode ser dotado de uma serpentina interna (10) e de uma camisa externa (11) para prover a manutenção da temperatura do equipamento.

[032] A Figura 4 ilustra, de forma esquemática, o processo de tosta, identificando o silo de abastecimento (12), o gerador de calor (13), o trocador de calor (14), o tostador (15), o resfriador de contato (16) e a moega (17) de descarga. [033] A Figura 5 ilustra, de forma esquemática, o processo de extração de solúveis, identificando o reator (18) de alto vácuo dotado de um sistema de agitação mecânica com leito circulante, o tanque de armazenagem (19), o tanque de espera (20), o silo de armazenagem (21), a peneira de separação (22), o resfriador de placas (23), o tanque de armazenamento de extrato (24) o tanque pasteuri- zador (25) e a unidade de envase (26).

Descrição detalhada da inovação

[034] A presente inovação trata de um processo para a obtenção de extrato de plantas, principalmente a erva mate [llex paraguarienses), de modo que se preservem as características organolépticas oferecidas por essa espécie vegetal, gerando um produto de cor, sabor e propriedades físico químicas compatíveis com as exigências do mercado consumidor atual.

[035] Em contraponto ao processo habitualmente praticado pela indústria, a presente inovação propõe a utilização de uma etapa de tosta inovadora, associada a uma etapa inovadora de extração dos solúveis, compondo um processo inovador para a obtenção de extrato de mate tostado.

[036] A tosta inovadora utiliza um equipamento em leito fluidizado, ilustrado na Figura 2, onde o leito, formado pela matéria-prima sólida alimentada pelo silo de abastecimento (12), é percolado por um fluxo gasoso de ar aquecido oriundo, em uma configuração preferencial, de um sistema de aquecimento indireto, composto preferencialmente por um gerador de calor (13) a biomassa e um trocador de calor (14).

[037] O fluxo ascendente de ar aquecido mantém os sólidos num estado intermediário entre um leito estático e a suspensão no fluxo ascendente, de modo similar ao que ocorre no transporte pneumático, de forma que se evite o cisa- Ihamento e a geração de finos (pó e partículas abaixo da granulometria padrão).

[038] Para tanto, a solução proposta se vale de um leito fluidizado misto, onde a fluidização se dá parte pelo fluxo gasoso insuflado no leito e parte por meio de um movimento mecânico de pás ou hélices do agitador (7), que auxiliam no fenómeno de arraste e circulação dos materiais a serem fluidizados.

[039] Por este processo, evitam-se velocidades de fluxo acima de determinados patamares, o que acarretaria em perdas significativas de produto pelo arraste pneumático.

[040] Ainda, esta tecnologia permite o aquecimento uniforme das partículas de matéria-prima, pois o ar aquecido transfere energia térmica de maneira regular e constante ao material, proporcionando o aumento gradual de temperatura, sem os "picos de calor" que, no sistema convencional, provocam a queima do produto.

[041] Para que a tosta seja homogénea, faz-se necessária uma classificação prévia da matéria-prima, de modo que o tamanho das partículas seja mantido dentro de limites adequados.

[042] Assim, antes da tosta propriamente dita, a erva-mate processada (erva can- cheada), previamente preparada através dos processos de sapeco e secagem, é selecionada, descartando-se a parcela inadequada de matéria-prima. Em seguida, realiza-se a moagem, peneiramento e classificação para remoção dos palitos e possíveis folhas de formatos e granulometria irregulares.

[043] Desta forma, obtém-se uma massa de sólidos de tamanho e forma razoavelmente similares, favorecendo a otimização do processo de tosta no leito flui- dizado, que se dá, preferencialmente, em temperaturas entre 140°C e 170°C em um tempo médio entre 30min a 40min.

[044] Após o processo de tosta, em uma configuração preferencial do processo da presente inovação, o mate é retirado pela parte inferior do leito do tosta- dor (15), sendo descarregado através de rosca transportadora no resfriador de contato (16) para ser posteriormente envasado em big bags a partir de uma mo- ega (17), enviando então para o processo de extração de solúveis.

[045] A etapa de extração de solúveis inovadora se utiliza de um reator (18) que opera sob alto vácuo para a maceração ou percolação da matéria-prima, dotado de um sistema de agitação mecânica com leito circulante, como ilustrado na figura 3, e com o auxílio de ultrassom aplicado à polpa em reação por meio de um sonotrodo (9), onde o mate, já tostado e previamente estabilizado, é inserido no reator junto com o solvente, normalmente água tratada e esterilizada proveniente do tanque de armazenagem (19), previamente adicionada no tanque de espera (20), abastecido diretamente do silo de armazenagem (21).

[046] Nestas condições, pode-se operar a extração em temperaturas mais baixas, preferencialmente entre 50°C e 75°C, mantendo assim várias características or- ganolépticas do mate tostado, proporcionando redução de custos com energia elétrica e térmica, além de otimizar o uso de equipamentos.

[047] Após o período de extração, tipicamente realizado entre 50°C e 75°C, a polpa é transferida, em uma configuração preferencial, por meio de bomba pneumática, para a peneira de separação (22), onde os sólidos são separados do extrato obtido, sendo o liquido bombeado através de um resfriador de placas (23) ao tanque de armazenamento de extrato (24) para estabilização.

[048] Tipicamente, após um período de 24h, o extrato armazenado no tanque de armazenamento (24) é transferido por bomba centrífuga para o tanque pasteu- rizador (25) sendo aquecido, preferencialmente, entre 60°C e 75°C.

[049] Do tanque pasteurizador (25), o extrato estabilizado e aquecido e bombeado para a unidade de envase (26), onde, em uma configuração preferencial, é envasado em pacotes plásticos dotados de bico automático, dispostos em caixa de papelão, seguido de paletização.

[050] Ao redor dessas etapas de tosta e de extração de solúveis, agregam-se as etapas acessórias, realizadas nas tecnologias tradicionais, abrangendo:

a) Pré-tosta:

i) seleção de erva-mate processada (erva cancheada), previamente preparada através dos processos de sapeco e secagem;

ii) moagem, peneiramento e classificação para remoção dos palitos e possíveis folhas de formatos e granulometrias irregulares;

iii) armazenamento;

b) Pós-tosta:

i) resfriamento;

ii) armazenamento para estabilização do mate tostado (guarda ou estacionamento)

c) Pós-extração:

i) descarga em peneira fixa para separação de fases (sólido/líquido);

ii) armazenamento do extrato sob refrigeração para remoção de particula- dos sólidos finos;

iii) pasteurização;

iv) adição de conservantes (ex.: sorbato de potássio e benzoato de sódio); v) armazenamento;

vi) expedição.

[051] Assim, resume-se o caráter inovador do processo pelo uso de tecnologia de leito fluidizado misto associada à extração por maceração a vácuo com auxílio de ultrassom, aplicadas de forma a reduzir custos operacionais, manter as características principais da erva mate tostada (cor, aroma, sabor), além de otimizar o sistema de produção de extratos vegetais.

[052] Esta inovação não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações do invento virão à mente daquele versado na técnica à qual essa inovação pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, é para ser entendido que o invento não está limitado à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.