CASEIN

Caseína é a proteína principal no leite de vaca, e compreende cerca de 80% do conteúdo proteico total, sendo o restante,
alguns 20%, as proteínas do soro de leite ou soro.
Caseína é o componente básico do queijo comum. No processo de fabricação do queijo, a caseína é precipitada pela ação de enzimas de coalho, e um coágulo é formado por caseína, proteínas do soro, gordura, lactose e os minerais do leite.
A caseína comercial é feita de leite desnatado por um dos dois métodos gerais – precipitação por ácido ou coagulação por coalho. A maior quantidade possível de gordura, proteínas do soro de leite, lactose e minerais deve ser removida por lavagem em várias etapas em água, pois reduzem a qualidade da caseína, bem como a sua qualidade de conservação. A caseína seca e devidamente produzida tem uma qualidade de conservação relativamente boa e é utilizada principalmente nas indústrias alimentícia e química.

Tipos de caseína

A caseína é normalmente dividida nos seguintes tipos:

• C caseína Rennet, obtida por precipitação enzimática
• C caseína ácida, obtida pela acidificação do leite desnatado até o ponto isoelétrico (pH 4,6 – 4.7)

Além destes dois tipos principais, existem outros produtos de caseína de importância comercial, tais como:

• Co-precipitado, feito pelo aquecimento do leite desnatado a uma temperatura elevada e depois precipitando o complexo caseína/proteína, geralmente com cloreto de cálcio.

O co-precipitado também contém proteínas de soro de leite e cálcio.

• Caseinatos, comumente caseinato de sódio, obtidos de caseína ácida dissolvida em hidróxido de sódio

Influência da matéria-prima

Para produzir caseína de alta qualidade, a matéria-prima, leite desnatado, deve ser de boa qualidade. Se as bactérias tiverem tido tempo de agir sobre a proteína do leite como resultado de uma mudança na acidez, isto irá afectar a cor e consistência da caseína, que adquirirá uma cor acinzentada e uma consistência mais suave. O aquecimento excessivo do leite antes da precipitação não só provocará interações variadas entre a lactose, caseína e os constituintes da proteína do soro, mas também dará à caseína uma cor amarela ou, na pior das hipóteses, uma cor acastanhada.
Para produzir caseína de boa qualidade bacteriológica, sem tratamento térmico elevado do leite desnatado, a planta de pasteurização pode também conter uma planta de microfiltração (MF). Para satisfazer as elevadas exigências de qualidade da caseína destinada à indústria alimentar, não só a linha de produção deve ser cuidadosamente planeada desde a recepção do leite, mas também o tratamento e manuseamento da matéria-prima antes desta fase deve ser cuidadosamente controlado.

Caseína deennet

Leite de Kim, normalmente pasteurizado a 72 °C durante 15 – 20 segundos, é utilizado para a produção de caseína de coalho, bem como de outros tipos de caseína. Pequenas quantidades de gordura são prejudiciais para a qualidade. Portanto, é importante que o leite tenha sido separado eficientemente.
Figure 20.1 mostra as várias etapas da produção de caseína de coalho. A coagulação ocorre com a ajuda da enzima quimosina no coalho. O leite é aquecido por um curto período de tempo e depois resfriado a cerca de 30 °C. Em seguida, o coalho é adicionado. Forma-se um gel após 15 – 20 minutos. É cortado e o coágulo é mexido enquanto é aquecido a cerca de 60 °C. A alta temperatura é necessária para desactivar a enzima. O tempo de cozedura é de cerca de 30 minutos.

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Fig. 20.1

Linha de processo com lavagem contracorrente de caseína de coalho.

1. IVA para produção de caseína
2. Decanter
3. Cisterna de lavagem
4. Aquecedor
5. Secagem
6. Fresagem, peneiração e ensacamento

Lavagem por lotes

O soro de leite é drenado quando a temperatura final é atingida, e a caseína restante, enquanto na cuba, é lavada com água para remover as proteínas do soro de leite, lactose e sal. A lavagem é feita em duas ou três etapas a uma temperatura entre 45 e 60 °C.
Após a água ter sido drenada, a caseína é desaguada em peneiras ou separadores. Em seguida é seca com ar quente até que o teor de água seja
12 %, e finalmente moída até obter um pó. A temperatura de secagem depende do método utilizado. Num processo de secagem em duas etapas, a temperatura é de 50 – 55 °C na primeira etapa e cerca de 65 °C na segunda.
A caseína Rennet deve ser branca ou ligeiramente amarela. Uma cor mais escura é um sinal de qualidade inferior e pode ser causada por um teor muito alto de lactose.

Lavagem contínua

A caseína Rennet foi originalmente produzida em lotes em tanques especiais de caseína, mas hoje em dia também são utilizados processos contínuos. Em uma planta contínua, a drenagem do soro de leite ocorre antes que a caseína passe por dois ou três tanques de lavagem com agitadores. O desaguamento é normalmente feito em uma centrífuga decantadora para reduzir o consumo de água de lavagem. A caseína é desaguada entre as fases de lavagem, seja em filtros estáticos inclinados ou em decantadores. Após deixar as etapas de lavagem, a mistura água/caseína passa por outro decantador para descarregar o máximo de água possível antes da secagem final.
Na produção em grande escala, a coagulação da caseína ainda é feita por lotes com um número calculado de cubas de caseína esvaziadas em sequência para alimentar a instalação contínua de desova e lavagem.
A lavagem é feita em contra-corrente, que utiliza a água de forma mais económica do que a lavagem simultânea. Este último sistema utiliza um litro de água por litro de leite desnatado, enquanto que apenas cerca de 0,3 – 0,4 litros de água por litro de leite desnatado são necessários na lavagem em contra-corrente. O número de etapas de lavagem depende das necessidades do produto. Duas etapas é o mínimo. A água doce é fornecida apenas na última etapa. Após a lavagem, a caseína é desidratada em um decantador até um teor de DM de 45 – 40 %. Após a secagem, por exemplo num secador por vibração, a caseína é moída até uma granulometria correspondente a 40, 60, ou 80 mesh e embalada em sacos. (Malha = número de linhas de peneira por polegada; 40 malhas assim corresponde a 0,64 mm.)

C caseína ácida

O leite é acidificado até o ponto isoelétrico da caseína, que se pensa ser pH 4,6, mas é deslocado pela presença de sais neutros na solução e pode estar em qualquer lugar dentro de uma faixa que se estende de pH 4,0 a pH 4,8. O ponto isoelétrico é o estágio onde a concentração do íon hidrônio neutraliza as micelas de caseína carregadas negativamente, resultando na precipitação (coagulação) do complexo de caseína. Tal acidificação pode ser realizada biologicamente ou pela adição de um ácido mineral, por exemplo, ácido clorídrico (HCl) ou ácido sulfúrico (H2SO4).

A acidificação biológica – caseína ácida láctica

A caseína ácida láctica é produzida por acidulação microbiológica. O leite é pasteurizado e resfriado a 27 – 23 °C. É então adicionado um fermento mesófilo, não produtor de gás. A acidulação ao pH requerido leva cerca de 15 horas. Se o processo de acidulação for muito rápido, pode resultar em problemas como qualidade desigual e redução do rendimento da caseína. Normalmente são usados tanques grandes, porque pode levar tanto tempo para esvaziar o tanque, que o grau de acidez pode variar.
Quando a acidez necessária é atingida, o leite é mexido e aquecido a 50 – 55 °C num permutador de calor em placas. Após uma breve espera, o tratamento contínuo – lavagem e secagem – é praticamente igual ao da caseína de coalho.

Acidificação mineral – caseína ácida

O leite é aquecido à temperatura requerida, aproximadamente 32 °C. O ácido mineral é então adicionado para levar o pH do leite a 4,3 – 4,6. Após a verificação do pH, o leite é aquecido a 40 – 45 °C num permutador de calor em placas e mantido durante cerca de dois minutos, quando se formam agregados suaves de caseína. Para remover o máximo possível do soro antes do início da lavagem, a mistura soro/caseína é passada através de um decantador. Desta forma, é necessária menos água para a lavagem.
Figure 20.2 mostra um fluxograma para uma linha de processo para a fabricação de caseína ácida. Como pode ser visto, a planta a jusante da acidificação é quase idêntica à utilizada para a produção de caseína de coalho.
Antes de deixar a planta, o soro e a água de lavagem podem ser separados e a lama de caseína é recolhida num tanque. Quando misturada com uma solução de lixívia, a caseína dissolve e é então remisturada com o leite desnatado destinado à produção de caseína.
Após desidratação, a caseína ácida é moída e embalada em sacos.
A técnica para produção de caseína ácida desenvolvida pela Pillet, França, também deve ser mencionada.
Após pré-aquecimento a 32 °C, o leite desnatado é acidificado e introduzido em uma unidade de coagulação (Figura 20.3). A coagulação é completada após o aquecimento a cerca de 45 °C por injeção direta de vapor. O desaguamento em um decantador é seguido por lavagem em contracorrente em uma ou duas torres de lavagem especialmente projetadas (Figura 20.4).
Antes de ser seca em uma unidade vibro-fluidizada, a caseína é desaguada em um decanter.

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Fig. 20.2

Linha de processo para produção de caseína ácida.

1. Controle de HP
2. Centrifugadora de decantadores
3. Cisterna de lavagem
4. Cambiador de calor
5. Secagem
6. Moagem, peneiração e ensacamento

Opcional:

• 7. Recuperação das multas do soro de leite
• 8. Recuperação das multas da água de lavagem
• 9. Multas de dissolução
• 10. Armazenamento do soro de leite

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Fig. 20.3

Unidade de coagulação, cozimento e sinergia contínua para ácido láctico, ácido e caseínas de coalho (Pillet).

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Fig. 20.4

Torre de lavagem de coalho para caseínas de ácido láctico, ácido e coalho (Pillet).

Co-precipitado

Co-precipitado contém praticamente todas as fracções proteicas do leite.
Na sequência da adição de pequenas quantidades de cloreto de cálcio ou ácido ao leite desnatado, a mistura é aquecida a 85 – 95 °C e mantida a essa temperatura durante um período de 1 – 20 minutos para permitir a interacção entre as caseínas e as proteínas do soro de leite. A precipitação das proteínas do leite aquecido é então efetuada pela adição controlada de solução de cloreto de cálcio (para produzir co-precipitado de cálcio alto) ou ácido diluído (para produzir co-precipitado de cálcio médio ou baixo, dependendo da quantidade de ácido adicionado e do pH do soro resultante). A coalhada é posteriormente lavada e seca para produzir co-precipitados granulares e insolúveis ou dissolvida em álcali, como descrito para os métodos de fabricação de caseinatos para produzir co-precipitados solúveis ou “dispersíveis”.

Caseinato

Caseinato pode ser definido como um composto químico de caseína e metais leves, por exemplo, sódio monovalente (Na+) ou cálcio divalente (Ca+++).
Caseinatos podem ser produzidos a partir de coalhada ácida de caseína recém precipitada (“húmida”) ou a partir de caseína ácida seca por reacção com qualquer uma das várias soluções diluídas de álcali, como descrito na Figura 20.5.

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Fig. 20.5

Passos básicos envolvidos na fabricação de caseinatos secos por spray ou rolo a partir de coalhada ácida de caseína ou caseína ácida seca. O álcali pode ser hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de cálcio, ou amoníaco.

Caseinato de sódio

O álcali mais comumente usado na produção de caseinato de sódio é a solução de hidróxido de sódio (NaOH), com uma resistência de 2,5 M ou 10 %. A quantidade de NaOH necessária é geralmente de 1,7 – 2,2% em peso dos sólidos de caseína para atingir um pH final, geralmente cerca de 6,7,
Outros alcalinos, como bicarbonato de sódio ou fosfatos de sódio, podem ser utilizados, mas as quantidades necessárias e o seu custo são ambos maiores do que os do NaOH. Portanto, geralmente são utilizados apenas para fins específicos, como na fabricação de caseinatos citratos.
A viscosidade muito elevada das soluções de caseinato de sódio de concentração moderada limita o conteúdo de sólidos para secagem por pulverização a cerca de 20%.
No que diz respeito aos procedimentos de processamento, deve-se mencionar que o tempo de dissolução está diretamente relacionado com o tamanho das partículas e que a redução do tamanho das partículas antes da adição de hidróxido de sódio, em vez de depois produzir uma reação mais rápida. Consequentemente, a coalhada é passada por um moinho coloidal antes da adição de álcali.
Após a lavagem final da caseína, a coalhada pode ser desidratada a cerca de 45% de sólidos e depois remixada com água (a 25 – 30% de sólidos) antes de entrar no moinho coloidal. A temperatura da lama emergente deve ser inferior a 45 °C, pois tem sido observado que a coalhada moída pode se reaglomerar a temperaturas mais elevadas. Geralmente o chorume é recolhido num tanque encamisado com um agitador eficaz e também integrado num sistema de circulação com uma bomba de alta capacidade.
A adição de álcali diluído deve ser cuidadosamente controlada com o objectivo de atingir um pH final de cerca de 6,7. De preferência, o álcali é dosado na linha de recirculação a montante da bomba.
Após a adição do álcali à lama, é importante elevar a temperatura o mais rápido possível para 60 – 75 °C, para reduzir a viscosidade.
O tempo de dissolução do caseinato de sódio preparado em lotes é normalmente de 30 – 60 min.
Para uma atomização eficiente, a solução de caseinato de sódio deve ter uma viscosidade constante quando é alimentada ao spray dryer. É prática comum minimizar a viscosidade pré-aquecendo a solução a 90 – 95 °C imediatamente antes da secagem com spray.

Calcium caseinate

A preparação do caseinato de cálcio segue as mesmas linhas gerais do caseinato de sódio, com algumas exceções importantes. As soluções de caseinato de cálcio são susceptíveis de serem desestabilizadas por aquecimento, especialmente a valores de pH inferiores a 6,
Verificou-se que durante o processo de dissolução, a reacção entre a coalhada ácida da caseína e o hidróxido de cálcio prossegue a um ritmo muito mais lento do que entre a coalhada e o hidróxido de sódio. Para aumentar a taxa de reação entre caseína e hidróxido de cálcio, a caseína pode primeiro ser dissolvida completamente em amoníaco. O hidróxido de cálcio em solução de sacarose é então adicionado, e a solução de caseinato de cálcio é seca em rolos. A maior parte do amoníaco evapora durante este processo.

Outros caseinatos

C caseinato de magnésio foi brevemente mencionado na literatura.
Compostos de caseína com alumínio foram preparados para uso médico ou para uso como emulsionante em produtos cárneos.
Derivados metálicos pesados de caseína que foram usados principalmente para fins terapêuticos incluem aqueles que contêm prata, mercúrio, ferro e bismuto. Os caseinatos de ferro e cobre também têm sido preparados por troca iónica para utilização em produtos infantis e dietéticos.

Caseinato de sódio extrudido

É possível produzir caseinato de sódio a partir da caseína na presença de uma quantidade limitada de água, usando técnicas de extrusão.
algumas empresas europeias que lidam com cozedura por extrusão – Werner &Pfleiderer GmbH (Alemanha), Clextral (França) e algumas outras – relatam bons resultados da produção de caseinato de sódio por extrusão.
A maior parte da informação publicada dá caseinato seco como material de base. Água e álcali são adicionados para formar uma mistura para extrusão. A mistura caseína/água pode ter um teor de humidade de
10 – 30%.
A técnica de extrusão utilizada na produção de caseinatos provavelmente se tornará altamente competitiva com a técnica tradicional por lotes.
Outras vezes, o processamento por extrusão também tem sido testado na produção de caseína ácida a partir de leite em pó desnatado. J Fichtali e F R van der Vort realizaram testes em uma planta piloto no MacDonald College da Universidade McGill, Quebec, Canadá. Eles resumem os resultados de seus testes (1990) da seguinte forma:
“Nosso trabalho inicial na produção de uma coalhada ácida a partir de SMP (leite em pó desnatado) por extrusão indicou que significativamente mais esforço teve que ser feito para desenvolver o processo para produzir um produto de qualidade. Os Estados Unidos, Canadá e a Comunidade Econômica Européia experimentaram por vezes um excesso crônico de oferta de leite, do qual quantidades substanciais são convertidas em leite em pó desnatado. Modificando as condições do processo de extrusão, estudando a coagulação de altos sólidos e otimizando as etapas de coagulação e lavagem, a caseína ácida de qualidade aceitável pode ser produzida por extrusão. Este processo é contínuo, controlável, utiliza um alto PMS sólido e pode reduzir os requisitos de mão-de-obra e de espaço em relação aos processos convencionais. Este material pode servir como alimentação para posterior conversão por extrusão em caseinato de sódio, que será discutido em um artigo subseqüente”

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Fig. 20,6

Um sistema de cozimento por extrusão.

Usos de caseínas e caseinatos

Caseína Rennet

Caseína Rennet é um produto diferente da caseína ácida. Na indústria, ela é utilizada principalmente na produção de substâncias artificiais na categoria de plásticos. A caseína polimerizada com formalina é conhecida como galálito, e as fibras sintéticas de caseína são conhecidas como lanital. Apesar da grande oferta de vários plásticos que competem diretamente com o galálito, ainda há alguma demanda por caseína para a produção de galalitros. Pequenas quantidades de caseína de coalho são também utilizadas como matéria-prima para a produção de queijo fundido. A caseína de coalho é insolúvel na água.

C caseína ácida

A caseína ácida domina os mercados mundiais. É utilizada na indústria química como aditivo na fabricação de papel para o vidrado de papel de qualidade fina. Para aplicações na indústria do papel, é particularmente importante que a caseína esteja isenta de gordura e não contenha partículas de matéria estranha ou queimada que possam causar manchas no papel. Para obter um teor extremamente baixo de gordura no leite desnatado, ela deve passar por uma planta de microfiltração (MF) em combinação com pasteurização. Cada indústria tem as suas próprias especificações rigorosas de qualidade. As indústrias de tintas e cosméticos são também grandes utilizadoras de caseína.

Caseinato de sódio

Uma aplicação de caseína de importância crescente é o seu uso como matéria-prima para a fabricação de caseinato de sódio. A caseína é facilmente dissolvida em um álcali diluído, e o líquido é então pulverizado e seco em pó. Este pó é muito mais solúvel do que a caseína e está sendo cada vez mais utilizado pela indústria alimentícia. É frequentemente utilizado como emulsionante em carnes curadas e é encontrado em vários produtos novos, tais como substitutos do leite e do creme.
Como o caseinato de sódio é altamente viscoso quando dissolvido, a concentração máxima obtida é de 20% a 55 – 60 °C.

Caseinato de cálcio

Para certas aplicações, o caseinato de cálcio pode ser escolhido em vez do caseinato de sódio, sendo uma das razões o desejo de reduzir o conteúdo de sódio do produto a um mínimo.
A viscosidade do caseinato de cálcio é um pouco menor que a do caseinato de sódio na mesma concentração.

Calcium co-precipitate

Este produto também pode ser dissolvido em álcali e seco por spray, e tem muito o mesmo campo de aplicação que o caseinato, porém, na produção de co-precipitado de cálcio, é possível adaptar o processo com a finalidade de regular a cor, solubilidade e teor de cinzas em conformidade mais próxima com as exigências dos usuários.
Uma das vantagens mais importantes da caseína e do caseinato do ponto de vista nutricional é o teor relativamente elevado do aminoácido essencial lisina. Além disso, testes demonstraram que a lisina se mantém por muito mais tempo, graças à ausência de lactose no ambiente. Isto sugere que as proteínas do leite podem ser armazenadas de forma mais conveniente na forma de caseína e caseinato do que, por exemplo, como leite em pó seco.
Caseína produzida para uso industrial deve satisfazer demandas há muito estabelecidas de pureza química. A nova tendência mostra que a caseína e o precipitado são produtos intermediários que encontram seu caminho em uma série de produtos alimentícios e devem, portanto, satisfazer exigências rigorosas no que diz respeito à pureza bacteriológica e química.
Linhas de processo devem ser projetadas e construídas de modo a garantir condições higiênicas de fabricação. Como a caseína é muito mais um produto sazonal do que muitos outros produtos lácteos, a possibilidade de operar a linha de produção em múltiplos turnos sem uma demanda indevida de trabalho manual deve ser providenciada. O consumo de água também deve ser mantido dentro de limites razoáveis.
Por isso, nestas circunstâncias, é interessante poder planejar linhas de produção contínuas, por exemplo, incorporando máquinas centrífugas para desaguamento da caseína e recuperação das perdas de caseína do soro e água de lavagem.