Monitorização do grau de cozedura de gomas em tempo real com Visum Raman In-Line™

Para conseguir a gelatinização da massa de goma, utiliza-se frequentemente amido, sendo os mais populares a fécula de batata e de milho, disponíveis numa vasta gama de modificações.

A gelatinização, ou “cozedura”, é o processo pelo qual os grânulos de amido são submetidos à ação da água e da temperatura, que quebram as ligações de hidrogénio e dissolvem os grânulos na massa do doce. Depois de ser submetido a um processo posterior de depósito e secagem, obtém-se a textura e a consistência finais da goma.

Na indústria de confeitaria, a gelatinização ocorre normalmente em sistemas de cozedura contínua.

Atualmente, não existe um método em linha para monitorizar continuamente o grau de cozedura durante a produção. Embora existam vários métodos para determinar o grau de cozedura, todos eles se baseiam na recolha de amostras e na sua análise off-line. Esta técnica é trabalhosa e requer pessoal qualificado, para além da dificuldade que representa para tomar decisões e poder corrigir os parâmetros do processo em tempo real e assim evitar gomas moles, com uma textura incorrecta ou problemas subsequentes no processo de desmoldagem.

Um dos métodos utilizados para controlar o ponto final do processo de cozedura é efectuado em laboratório, utilizando a técnica de contagem de grânulos de amido com um microscópio de luz polarizada.

Esta técnica consiste na contagem visual das partículas de amido e, em função da quantidade de partículas presentes na amostra, o analista pode determinar se a cozedura foi satisfatória ou se é necessário modificar os parâmetros do processo (temperatura) ou prolongar o tempo de cozedura. Se o número de grânulos de amido na amostra for inferior ou igual a 10, o grau de cozedura é considerado adequado, enquanto que se o número for superior, o grau de cozedura é considerado insuficiente.

_{Grânulos de amido ao microscópio de luz polarizada com a área marcada a vermelho para contagem.}

A IRIS Technology Solutions SL, um dos principais fabricantes espanhóis de soluções baseadas em espetroscopia para o controlo e monitorização de processos industriais, em colaboração com o fabricante holandês Tanis Confectionery B.V., um fabricante mundial de maquinaria para a produção de gomas, juntaram-se para desenvolver um método em tempo real para monitorizar a gelatinização do amido e, assim, oferecer uma solução alternativa de valor acrescentado a toda a indústria.

No âmbito desta colaboração, foram efectuados testes durante meses nas instalações do Tanis Innovation Center (Países Baixos), utilizando o analisador Visum Raman In-Line™, propriedade da IRIS Technology Solutions SL.

A espetroscopia Raman é uma técnica analítica utilizada para observar modos vibracionais, rotacionais e outros modos de baixa frequência num sistema. Baseia-se na dispersão inelástica de luz monocromática, um laser, para fornecer informações pormenorizadas sobre as vibrações moleculares e a composição química. Ao contrário da espetroscopia NIR, é particularmente adequada para monitorizar matrizes aquosas ou para determinar a concentração de uma substância a analisar dissolvida na água.

Esta tecnologia é uma técnica analítica não invasiva que analisa em tempo real o fluxo do produto, neste caso a massa de goma, através da inserção de uma sonda de imersão de qualidade alimentar, capaz de fornecer resultados em tempo real do que está a acontecer no processo com a calibração adequada.

Durante a fase de teste, foram fabricadas e monitorizadas diferentes receitas à base de fécula de batata, amido de milho e com uma combinação de gelatina com amido, que foram cozinhadas a diferentes temperaturas para obter diferentes graus de gelatinização do amido durante o processo de cozedura, a fim de desenvolver o algoritmo de previsão do nível de cozedura (adequadamente cozinhado / mal cozinhado).

Enquanto o analisador Visum Raman In-Line™ adquiria espectros ao longo do processo de cozedura dos diferentes lotes ou receitas, as amostras eram extraídas e analisadas pelo método de referência de contagem visual utilizando microscopia de luz polarizada.

Para a monitorização do processo contínuo, o modelo foi desenvolvido para determinar duas classificações finais, “Adequadamente cozinhado” (≤10 grânulos de amido) e “Mal cozinhado” (>10 grânulos de amido). O resultado obtido é o resultado de 3 análises consecutivas para confirmar o grau de gelatinização e evitar qualquer erro de classificação.

_{esquerda: comparação do espetro Raman médio pré-processado das diferentes receitas utilizadas. Direita: resultados da classificação do modelo para cinco das receitas. Os pontos acima da linha vermelha a tracejado correspondem a medições classificadas como adequadamente cozinhadas.}

A partir dos testes efectuados, pode concluir-se que o mesmo modelo de previsão pode ser utilizado para fazer previsões do nível de cozedura para receitas à base de amido de milho e de batata.

Para todos os lotes feitos com amido de batata e de milho, o Visum Raman In-Line™ classificou corretamente o seu nível de cozedura.

Para além dos modelos desenvolvidos, é possível criar modelos únicos para receitas de doces e ingredientes únicos com este método em linha.

Para as receitas com gelatina ou amido modificado que foram analisadas, foram observadas diferenças espectrais mais significativas, pelo que foram realizados modelos preditivos de classificação específicos para estas formulações com resultados de validação semelhantes.

Por conseguinte, é possível prever com êxito o nível de cozedura da massa de gomas à base de amido de milho e de batata, bem como de diferentes gelatinas modificadas, com o analisador de processos Raman em tempo real, uma alternativa verdadeiramente mais eficiente ao método de análise tradicional e atual.

• Sensor pronto a ser utilizado após a ligação (sem necessidade de aquecimento).
• Analisador concebido para funcionar em ambientes industriais.
• Computador e sistema operativo incorporado.
• Fonte de excitação laser de 785 nm.
• Sistema de arrefecimento interno estável a -40°C.
• IP 65-68.
• Ligação ao processo através de uma sonda de imersão de qualidade alimentar.
• Compatível com diferentes drivers de comunicação com PLC ou SCADA da fábrica.
• Pode ser facilmente integrado em qualquer posição da tubagem.
• Dispositivo de baixa manutenção.
• Com o software Visum Master™ versão SMART, o utilizador dispõe de um Model Builder suportado por IA para desenvolver, ajustar ou atualizar modelos preditivos para diferentes receitas ou formulações.

^{Analisador de processo Visum Raman In-Line™}