Uso de diferentes tecnologias de sensores para a determinação da qualidade do leite cru

Em 2022, no Brasil, a pecuária leiteira foi responsável pela obtenção de 34,6 bilhões de litros de leite, provenientes de aproximadamente 15 milhões de vacas ordenhadas (IBGE, 2022). Em relação ao período de 2022, dados de até setembro de 2023 demonstram que o volume da produção leiteira nacional aumentou 1,4% (Embrapa, 2024).

O País ocupa uma posição de destaque mundial, visto que, desde 2019, figura entre os cinco maiores produtores de leite e detém o segundo maior rebanho de vacas ordenhadas (USDA, 2023). Esses dados evidenciam como o setor contribui de maneira significativa para o agronegócio brasileiro, uma vez que o leite se destaca como o sexto produto de maior importância para a agropecuária nacional (Brasil, 2023). No entanto, apesar da posição de destaque, a qualidade higiênico-sanitária do leite brasileiro ainda está sendo aperfeiçoada, representando um grande desafio para os produtores e para a indústria láctea (Camargo et al., 2021).

Sob a perspectiva físico-química, o leite pode ser definido como um sistema coloidal, composto por uma fase aquosa que é constituída por água e compostos hidrossolúveis, e distintas fases imiscíveis, incluindo os glóbulos de gordura, as micelas de caseína, as proteínas do soro e os minerais (Fox et al., 1998). Esta complexa composição pode sofrer diversas alterações nutricionais e microbiológicas, as quais podem ser influenciadas pela dieta, raça, saúde animal, estágio de lactação, condições higiênico-sanitárias da ordenha, temperatura de armazenamento e transporte do leite até os laticínios, entre outros fatores (Foroutan et al., 2019).

Desse modo, devido às variações que o leite cru pode sofrer em sua composição, ao chegar na recepção da indústria ele deve ser avaliado em relação a diversos parâmetros, conforme estabelecido pela Instrução Normativa n° 76, de 26 de novembro de 2018 (Brasil, 2018), e demonstrado na Figura 1. Esse processo de controle de qualidade tem como objetivo garantir que a matéria-prima a ser beneficiada contenha as características sensoriais, físico-químicas e microbiológicas desejadas e resultem na fabricação de produtos lácteos com qualidade e sem apresentar risco aos consumidores (Comachio; Bortolotti, 2020).

Figura 1. Análises realizadas em leite cru refrigerado na plataforma de recepção da indústria de laticínios.

*ST (sólidos totais) e STD (sólidos não gordurosos).
Fonte: Os autores, 2024.

A avaliação completa da qualidade do leite cru refrigerado se restringe aos laboratórios da indústria de laticínios e postos de refrigeração por demandar métodos onerosos, que utilizam reagentes químicos, equipamentos especializados e profissionais treinados. Consequentemente, a garantia de detecção de matéria-prima adequada é possível somente após o transporte do leite até a unidade industrial, acarretando em custos dispendiosos. Dessa forma, o monitoramento dos parâmetros físico-químicos do leite cru refrigerado nas propriedades rurais proporciona informações antecipadas sobre a qualidade de cada tanque de expansão, o que possibilitaria decisões mais assertivas sobre a coleta ou não do leite pela indústria (Comachio, 2020).

 Diante disso, a cadeia produtiva de leite tem buscado inovações tecnológicas que sejam capazes de entregar resultados de forma ágil e precisa. Uma alternativa é a utilização de sensores que forneçam respostas rápidas, seguras, eficazes e que não possuam metodologias invasivas e destrutivas (Agranovich, 2016). Um sensor é um dispositivo que recebe e responde a um estímulo ou sinal, fornecendo dados do ambiente para a tomada de decisões de acordo com as condições detectadas (Sadeghi et al., 2022).

Os sensores, em suas diversas formas, desempenham um papel crucial em várias fases do processamento do leite. Eles são empregados para monitorar a composição e a qualidade do leite cru, identificando possíveis adulterações e resíduos de medicamentos veterinários. Além disso, esses dispositivos são úteis para avaliar a higiene durante a produção e verificar a saúde da glândula mamária. Portanto, a presença de sensores é fundamental para garantir a integridade do produto em todas as etapas do processamento (Gillespie et al., 2023).

Principais tipos de sensores e seus princípios

Os sensores podem ser utilizados como um método abrangente de monitoramento da qualidade do leite cru em tempo real (Figura 2). Esses sensores são frequentemente não destrutivos e apresentam uma complexidade relativamente menor quando comparados às análises químicas realizadas em laboratórios.

Figura 2:  Cadeia produtiva do leite e tipos de sensores aplicados em diferentes etapas de processamento.

Fonte: Os autores, 2024.

Sensor de citometria de fluxo

Sua finalidade é realizar a contagem de células somáticas no leite cru, por meio da passagem da amostra de leite por um feixe de luz. A dispersão da luz provocada pelas células somáticas presentes no leite possibilita sua contagem de modo preciso (Clausen et al., 2018). Essa tecnologia já está empregada e disponível para aquisição nas propriedades leiteiras, sendo integrada aos equipamentos de ordenha, permitindo avaliar a saúde da glândula mamária e intervir de modo precoce quando necessário

Sensor óptico de temperatura

A temperatura apresenta grande importância para manutenção da qualidade do leite, e seu controle pode ser realizado por meio de sensores simples. Por ser um alimento fluido é indicada a utilização de sensores de imersão, pois seu contato direto com o meio a ser monitorado permite uma medição mais precisa da temperatura (Lopes, 2019). Esse sensor é protegido por um material resistente à água e possui uma ponta encapsulada em aço inoxidável, apresenta um ótimo custo-benefício, pois se consegue ler temperaturas na faixa de -55 a 125°C, com precisão de ± 0,5°C na faixa de 10 a 85°C e tem alimentação de 3V a 5,5V (Silva et al., 2021).

Sensor de Espectrometria Óptica por infravermelho

A espectrometria óptica por infravermelho tem como princípio analisar a composição química de substâncias devido sua interação com a luz infravermelha. Esse tipo de sensor pode ser empregado, por exemplo, para a medição dos teores de gordura, de proteína e de sólidos totais do leite. Neste caso, as moléculas presentes exibem grupos químicos específicos tais como funções carboxílicas e aminas em aminoácidos, e quando exposta a um comprimento de onda sensível, o sensor óptico registra a absorção de refração efetiva do meio pela amostra. Desta forma, é possível identificar claramente as bandas de absorção características destes grupos nas regiões do infravermelho (Dufour, 2009; Bustamante, 2020).

Sensor de Fibra Óptica baseado em interferência multimodo

O objetivo deste sensor é detectar as interferências na propagação da luz ao atravessar uma fibra óptica. Um exemplo prático da sua aplicação é a detecção de adulteração de leite com água, uma das formas mais comuns de fraude, que pode ser identificada por meio de alterações no comprimento de onda, conforme o índice de refração efetivo do meio. Desta forma, as alterações no índice de refração do meio são refletidas na resposta espectral do sensor, permitindo a detecção das adulterações do leite. Esse sensor apresenta baixo custo de fabricação, contudo, se a temperatura não for mantida constante durante as medições (alta sensibilidade térmica) pode ocorrer pequenas variações do índice de refração efetivo do meio (Fuentes-Rubio et al., 2022).

Sensor de absorção de micro-ondas

O princípio do sensor de absorção de micro-ondas consiste no emprego de micro-ondas eletromagnéticas, que interagem com as moléculas presentes no leite. Parte das micro-ondas são absorvidas, de acordo com as propriedades físico-químicas da amostra, o que é mensurado pelo sensor. Esse sensor também é muito sensível e pode sofrer variações devido a flutuações de temperatura. Seu emprego pode ser utilizado na verificação da medição dos teores de gordura, proteínas e sólidos totais no leite cru em tempo real (Agranovich et al., 2016).

Sensor Fluorescente

Estes sensores permitem medir de forma instantânea e quantitativa a gordura do leite com uma característica magnética e seletiva para essas moléculas, utilizando um mecanismo de emissão induzido por desagregação (Bustamante, 2020). Sensores de fluorescência são dispositivos de fácil operação, compostos por um elemento sensível e um transdutor de sinal conectados a um sistema que processa dados para detectar e adquirir sinais fluorescentes. A quantificação ocorre pela emissão de fluorescência de analitos ou de materiais marcados com fluorescência (Ross et al., 2018).           

Sensor Baseado em Cavidade Ressonante

O sensor de cavidade ressonante cilíndrica opera em torno de 200 MHz, em conjunto com um controlador e um circuito de aquisição e processamento de sinais baseado em malha de captura de fase (Ávila et al., 2016). A frequência de ressonância do sensor de cavidade ressonante é inversamente proporcional à raiz quadrada da permissividade efetiva do leite que flui dentro do sensor. Isso pode ser observado com a diminuição da parte real da permissividade conforme a umidade do leite diminui, resultando em um aumento na frequência de ressonância. O sistema avaliado possibilita a medição efetiva dos níveis de gordura e de sólidos no leite, com a vantagem de a geometria do sensor ser apropriada para a operação em indústrias (Leite, 2017).

Sensor Ultrassônico

Os sensores ultrassônicos permitiram o desenvolvimento de equipamentos portáteis para análises de amostras de leite de vaca, ovelha, búfala e cabra, proporcionando resultados rápidos e precisos em cerca de 90 segundos. Dados sobre parâmetros como gordura, proteína, sólidos não gordurosos, lactose, densidade, ponto de congelação, água adicionada, pH, temperatura e condutividade do leite fresco podem ser avaliados. O uso deste equipamento reduz os custos com materiais químicos, já que não requer reagentes para os testes. A técnica ultrassônica também é utilizada no analisador de leite automatizado que, além de determinar os parâmetros do leite, detecta a contagem de células somáticas e mede automaticamente a temperatura (Tecnilab, 2024).

Perspectivas futuras e considerações finais

A indústria de laticínios desempenha um papel vital no setor agropecuário brasileiro, sendo responsável por uma parcela significativa do valor bruto da produção pecuária. Desse modo, o controle adequado das condições de produção, armazenamento e transporte do leite cru é fundamental para manter a qualidade da matéria-prima e evitar alterações, bem como detectar fraudes.

Os avanços tecnológicos, como a utilização de sensores para monitorar a qualidade e a composição do leite, têm potencial para melhorar a eficiência, a eficácia e a segurança das operações na indústria de laticínios. Os sensores possibilitam a medição de vários parâmetros, incluindo a temperatura, os teores de gordura e de proteína, além de detectar fraudes e a contagem de células somáticas. Esses sensores vêm sendo aprimorados para transmitir resposta em tempo real, por meio de informações coletadas e enviadas para um sistema centralizado, que as analisa automaticamente, alertando as equipes responsáveis se houver alguma inconsistência ou se algum problema for detectado (Sadeghi et al., 2022).

Com essa abordagem proativa e contínua para manter a qualidade do produto final, as empresas podem oferecer um produto mais seguro aos consumidores. Além disso, é possível analisar o leite cru de cada tanque de expansão antes de misturá-lo com o leite de outros produtores, evitando custos de coleta de leite e o descarte grandes quantidades de matéria-prima devido a problemas identificados somente após a conclusão das análises no laboratório de recepção da indústria de laticínios.

Portanto, é necessário continuar investindo em soluções que superam as dificuldades logísticas, a fim de garantir a qualidade do leite cru refrigerado desde a produção até a industrialização. Também é fundamental aprimorar a implementação dessa tecnologia em todas as escalas de produção, visto que, atualmente, a inserção dessa tecnologia aos pequenos produtores ainda representa um processo lento e gradativo, devido principalmente a restrições financeiras para grandes investimentos. Desta forma, ainda há um longo caminho a ser percorrido para que o monitoramento da qualidade do leite cru esteja acessível para todos os produtores de leite e indústrias de laticínios do país.

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Autores:

Amanda Cirilo de Paula - Bolsista BDCTI III- Instituto de Laticínios Cândido Tostes-EPAMIG. Mestranda Ciência e Tecnologia de leite e Derivados-UFJF - amandacirilojf@gmail.com

Ana Flávia Coelho Pacheco - Professora e Pesquisadora do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG, Juiz de Fora, Minas Gerais – Brasil - ana.pacheco@epamig.br

Flaviana Coelho Pacheco - Bolsista BDCTI III- Instituto de Laticínios Cândido Tostes-EPAMIG. Mestranda Ciência e Tecnologia de Alimentos -UFV - flaviana.pacheco@ufv.br

Gisela de Magalhães Machado Moreira - Professora e Pesquisadora do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG - giselammachado@epamig.br

Kely de Paula Correa - Professora e Pesquisadora do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG, Juiz de Fora, Minas Gerais – Brasil - kely.correa@epamig.br

Vanessa Aglaê Martins Teodoro - Professora do Departamento de Medicina Veterinária, Universidade Federal de Juiz de Fora - vanessa.teodoro@ufjf.br

Vanessa Cominato - Bolsista BDCTI III- Instituto de Laticínios Cândido Tostes-EPAMIG. Mestranda Ciência e Tecnologia de leite e Derivados-UFJF vanessacominato@hotmail.com

Wilson de Almeida Orlando Junior – Professor e Pesquisador do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG - wilson.almeida@ufv.br
 

Referências

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