BRPI0513218B1 - processo para recuperação de fibra cítrica de vesículas cítricas, dita fibra, aditivo e produto alimentício - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA EXTRAÇÃO DE FIBRA CÍTRICA DE VESÍCULAS CÍTRICAS. A fibra cítrica é recuperada das vesículas cítricas, de modo a obter aditivo alimentício para bebidas, alimentos assados, carnes ou emulsões de carne, confeitos, doces em pasta e geléias, laticínios, molhos, barras energéticas, e semelhantes. Opcionalmente, as vesículas cítricas são lavadas com água e as vesículas lavadas com água são recuperadas. Os veículos são contatados com um solvente orgânico, de modo a obter vesículas lavadas com solvente orgânico. O solvente é removido das vesículas lavadas com solvente orgânico e a fibra cítrica seca é recuperada.
Description
A presente invenção se refere à fibra citrica extraída de vesículas citricas. A fibra cítrica seca resultante é útil como aditivo alimentício para bebidas, alimentos assados, carnes ou emulsões de carne, confeitos, doces em pasta e geleias, laticínios, molhos, barras energéticas, e semelhantes.
Os processos atuais para fabricação de sucos cítricos empregam extratores para separar a parte interna da fruta que contém o suco, de sua casca externa. O suco obtido dos extratores contém o suco propriamente, bem como um material pectíneo e celulósico denominado vesículas cítricas. Esse material algumas vezes é também referido como polpa grossa, flutuadores, células cítricas, polpa flutuante, bolsas de suco ou polpa.
As vesículas cítricas tipicamente são separadas do suco por meio de filtração usando equipamentos, tais como, acabadores de pás, acabadores de fuso e turbofiltros. As vesículas cítricas contêm uma quantidade significativa de sólidos solúveis no suco. Por razões econômicas, as vesículas cítricas são frequentemente submetidas a uma etapa de lavagem com água, por exemplo, usando combinadores, misturadores de fuso, misturadores estáticos em linha ou turbofiltros. A etapa de lavagem com água produz uma corrente de suco de classificação secundária, referida como sólidos de laranja solúveis extraídos em água (WESOS) ou simplesmente "lavagem da polpa". As células lavadas, também denominadas "polpa lavada" são consideradas resíduos dessa etapa. Tipicamente, as células lavadas são misturadas com a casca (do processo de extração mencionado acima), adicionalmente processadas (por exemplo, tratadas com cal para ajudar na retirada da água) e secas para uso como alimento para gado.
Alguns esforços foram feitos para recuperar componentes potencialmente valiosos do resíduo cítrico. Por exemplo, a Patente US número 6.183.806 BI de Ficca e outros, descreve extratos de cascas de cítricos e farinha preparada dos extratos. A casca cítrica é extraída com um solvente de etanol, o solvente sendo retirado do resíduo sólido de modo a recuperar farinha da laranja. A casca cítrica é fornecida em peças ou partículas trituradas. As peças ou partículas trituradas podem ser providas na forma de polpa lavada (bagaço). Ficca utiliza o termo "polpa lavada" de modo não convencional para se referir ao bagaço, um componente da casca. Ficca indica que a farinha de laranja extraída do bagaço é semelhante em composição à farinha obtida da casca da laranja.
As células cítricas lavadas contêm fibra cítrica, um componente cítrico valioso que possui um teor total de fibra de dieta relativamente alto e uma razão equilibrada de fibras de dieta solúveis a insolúveis. O espectro equilibrado de fibra de dieta insolúvel (principalmente celulose) e fibra de dieta solúvel (principalmente pectina) é vantajoso na funcionalidade fisiológica em relação às fibras com base em cereal. A fibra cítrica, especificamente fibra de polpa laranja, possui uma capacidade de ligação de água extremamente alta, resultando em viscosidades altas, em comparação às outras fibras cítricas, tais como, fibra de laranja Vitacel (disponível na Rettenmaier).
Seria desej ável desenvolver um processo para recuperação de fibra cítrica a partir de vesículas cítricas, especificamente um processo que possa recuperar a fibra cítrica de modo eficiente e custo relativamente baixo. Seria especialmente desejável desenvolver um processo que possas recuperar a fibra cítrica, sem a necessidade de utilizar agentes potencialmente perigosos. Seria especificamente desejável desenvolver um processo que forneça fibra cítrica que possa ser usada como alimento e ingrediente para bebidas.
A presente invenção, de acordo com um aspecto, se refere a um processo para purificação de fibra cítrica em vesículas cítricas, de modo a obter um aditivo apropriado para consumo humano. O processo compreende uma etapa opcional de lavagem de vesículas cítricas com água para remover sabores, odores, cores, açúcares, ác idos indesejáveis e semelhantes. As vesículas são contatadas com um solvente orgânico para obter vesículas lavadas com solvente orgânico. As vesículas lavadas com solvente orgânico têm o solvente removido e a fibra cítrica seca é recuperada das mesmas.
Em uma concretização preferida da invenção, o processo de extração emprega um solvente de etanol e uma razão em peso de sólidos para solvente de pelo menos cerca de 0,25:1, preferivelmente pelo menos cerca de 0,5:1. A extração do solvente é realizada em pelo menos dois estágios de contracorrente. Pelo menos uma porção do solvente, preferivelmente pelo menos cerca de 70%, são recuperados e reutilizados.
Em outro aspecto da presente invenção, a fibra cítrica seca é preparada pelo processo de extração conforme descrito acima. A fibra cítrica seca é útil como um aditivo alimentício para produtos alimentícios, tais como, bebidas, alimentos assados, carnes ou emulsões de carne de boi, confeitos, doces em pasta e geleias, laticínios tais como yogurt, molhos, barras energéticas, e semelhantes.
Em outro aspecto da invenção, a fibra cítrica possui um teor total de fibra de dieta de cerca de 60% a cerca de 85% em peso e uma capacidade de ligação a água de cerca de 9 a cerca de 25 (peso/peso).
Em uma concretização, fibra cítrica seca possui um teor total de fibra de dieta de cerca de 60% a cerca de 80% em peso e uma capacidade de ligação a água de cerca de 7 a cerca de 12 (peso/peso) . Preferivelmente o teor total de fibra de dieta é de pelo menos cerca de 70% em peso e a capacidade de ligação a água é de pelo menos cerca de 8 (peso/peso).
Os objetivos, aspectos e vantagens da invenção ficarão claros a partir da descrição mais detalhada que se segue, de determinadas concretizações da invenção e conforme ilustrado nos desenhos anexos, onde:
A figura 1 é uma ilustração esquemática do processo de extração de solvente de contracorrente de dois estágios, de acordo com uma concretização preferida da presente invenção.
A presente invenção será descrita, primeiramente, com referência à extração da fibra de laranja das vesículas da laranja. Deve ser entendido que o processo pode ser usado para extrair fibra cítrica das vesículas cítricas de uma ampla variedade de outros tipos de frutos cítricos, exemplos não limitantes dos mesmos incluindo tangerinas, limas, limões e toranjas. As vesículas cítricas possuem, tipicamente, um teor de água de pelo menos cerca de 80% em peso e geralmente de cerca de 90 a cerca de 97% em peso.
O termo "vesículas cítricas," conforme empregado aqui, se refere ao material pectíneo e celulósico contido na porção interna da fruta que contém o suco de um fruto cítrico. As vesículas cítricas são algumas vezes referidas como polpa grossa, flutuadores, células cítricas, polpa flutuante, bolsas de suco ou polpa.
O termo "sólidos solúveis extraídos em água" conforme empregado aqui, se refere ao suco de classificação secundária que é obtido por lavagem com água das vesículas cítricas. O termo "sólidos solúveis extraídos em água" inclui especificamente os sólidos de laranja solúveis extraídos com água (WESOS). Os sólidos solúveis extraídos com água são algumas vezes referidos como " lavagem de polpa".
O termo "vesículas lavadas com água" se refere às vesículas cítricas das quais foram removidos, por lavagem com água, os sólidos solúveis extraídos em água. As vesículas lavadas com água são também algumas vezes referidas como "células lavadas" ou "polpa lavada".
O termo "fibra cítrica", conforme empregado aqui, se refere ao componente fibroso obtido das vesículas lavadas com água e isolado dos componentes residuais presentes nas mesmas. A fibra cítrica é caracterizada por um teor de fibra de dieta total alto, bem como uma razão equilibrada de fibra de dieta solúvel a insolúvel. A fibra 5 cítrica, especificamente fibra de laranja, possui uma capacidade de ligação de água muito alta.
A fibra cítrica, quando comparada à farinha cítrica obtida da casca de frutos cítricos possui cor mais clara e é relativamente isenta de gosto e odor. Em contaste, a 10 farinha cítrica obtida da casca cítrica é caracterizada por um gosto, odor e cor da casca da laranja, que limitam o emprego nos produtos. Vantagens adicionais da fibra cítrica incluem um teor total de fibra de dieta mais alto (por exemplo, superior a 70% vs. 58%); teor de carboidrato menor 15 (por exemplo, cerca de 5% vs. 15%); e capacidade de ligação de água mais alta (por exemplo, superior a 8 gramas de água por grama de fibra vs. 5,5 g/g). O teor de proteína de uma fibra cítrica tipicamente varia de cerca de 8 a 12% em peso.
A razão de fibra de dieta solúvel a insolúvel é um fator importante na funcionalidade da fibra cítrica. Preferivelmente, a fibra cítrica possui uma razão equilibrada de fibra de dieta solúvel a insolúvel. Por exemplo, a fibra de dieta total preferivelmente é 25 constituída de até 45-50% de fibra de dieta solúvel e cerca de 50-55% de fibra de dieta insolúvel. Outras considerações importantes incluem o grau de moagem (granulometria) e condições de secagem (processo de secagem). De modo geral, um grau de moagem maior (isto é, uma granulometria de fibra 30 mais fina) resulta em uma sensação maior de maciez da fibra na boca, quando presente nos alimentos e bebidas. A densidade e o tamanho da partícula podem variar em uma ampla faixa, dependendo das condições de processamento. Como exemplo, a dens idade pode variar de cerca de 80 a cerca de 650 g/L, e o tamanho médio de partícula pode variar de cerca de 15 a cerca de 600 micra. Deve ser entendido que essas faixas são meramente exemplares. Em algumas aplicações, pode ser desejável empregar tamanhos de partículas significativamente maiores, por exemplo. Em 10 geral, a fibra cítrica pode variar de uma estrutura de pó fino a grosso.
Conforme ilustrado esquematicamente na figura 1, as vesículas da laranja podem ser separadas do suco de laranja por filtração, por exemplo, empregando equipamento de 15 filtração convencional 10, tal como, acabadores de pás, acabadores de fuso ou turbofiltros. As vesículas de laranja podem então ser submetidas a uma etapa adicional de lavagem com água empregando equipamento apropriado 20, tais como, combinadores, misturadores estáticos em linha, acabadores 20 ou turbof iltros. A lavagem com água é desejável para eliminar aromas, odores e ácidos indesejáveis, presentes nas vesículas cítricas. A etapa de lavagem com água 20 produz uma corrente de sólidos de laranja solúveis extraídos com água (WESOS). Os sólidos de laranja solúveis 25 extraídos com água, em conjunto com o suco obtido por filtração 10, podem ser adicionalmente processados usando equipamento convencional 15 para fabricação de suco.
Um solvente orgânico é empregado para extrair sabor, odor, cor e semelhantes das vesículas lavadas com 30 água. O solvente seria polar e miscível em água para facilitar a remoção dos componentes desejados. Os solventes preferidos incluem álcoois inferiores, tais como, metanol, etanol, propanol, isopropanol ou butanol. O solvente pode ser (e preferivelmente é) provido na solução aquosa. A 5 concentração de solvente na solução de solvente varia, mais freqüentemente, de cerca de 70% em peso a cerca de 100% em peso. Em uma concretização uma solução de etanol aquosa a 75% em peso é empregada como solvente. Em uma concretização preferida, uma solução de etanol aquosa a 90% é usada como 10 solvente. Em geral, os solventes removerão os componentes solúveis em água em concentrações menores e os componentes solúveis em óleo em concentrações maiores. Opcionalmente, um co-solvente superior não polar pode ser adicionado ao álcool aquoso para aperfeiçoar a recuperação dos 15 componentes solúveis em óleo nas vesículas cítricas.
Exemplos de tais solventes não polares incluem acetato de etila, metil etil cetona, acetona, hexano, metil isobutil cetona e tolueno. Os solventes não polares superiores podem ser adicionados até 20% da mistura de solvente. Muitos 20 solventes, tais como etanol, possuem um aquecimento de vaporização inferior ao da água e, portanto, requerem menos energia para volatilizar que a necessária para volatilizar uma massa equivalente de água. O solvente, preferivelmente, é removido e regenerado para reutilização.
Preferivelmente, as vesículas lavadas com água são contatadas com solvente orgânico em uma razão em peso de sólidos para solvente de pelo menos cerca de 0,25:1, preferivelmente pelo menos cerca de 0,5:1, e freqüentemente pelo menos cerca de 0,75:1, a partir de cerca de 1:1 a cerca de 5:1, ou de cerca de 1,5:1 a cerca de 3:1, com base no peso líquido dos sólidos. Em uma concretização, a razão de sólidos para solvente é de cerca de 2:1.
A extração pode ser realizada usando um estágio simples, porém preferivelmente é realizada usando uma extração de múltiplos estágios, por exemplo, um processo de extração de dois, três ou múltiplos estágios e preferivelmente usando extração de contracorrente. Não existe limite superior específico contemplado com relação ao número de estágios de extração a serem empregados. A figura 1 ilustra, esquematicamente, uma concretização preferida, onde um processo de extração de contracorrente de dois estágios emprega primeiro e segundo extratores de solvente 25a e 25b, respectivamente.
As vesículas lavadas com água são alimentadas ao segundo extrator 25b. Um solvente de etanol aquoso é alimentado de um tanque de solvente 26 para o primeiro extrator de solvente 25a. O solvente gasto do primeiro extrator de solvente 25a é alimentado ao segundo extrator de solvente 25b, enquanto as vesículas cítricas extraídas do segundo extrator de solvente 25b são alimentadas ao primeiro extrator de solvente 25a. O solvente gasto do segundo extrator de solvente 25b pode ser alimentado ao evaporador 35 (opcional) para separar os sólidos (por exemplo, açúcares, corantes, aromatizantes, óleos cítricos, etc.) do solvente gasto, que pode ser condensado e retornado a um destilador 24. As partes inferiores do destilador (predominantemente água) são separadas e removidas.
Após cada estágio de extração, uma prensa de filtro de correia (não mostrada) é preferivelmente usada para y a remover adicionalmente os líquidos. Uma prensa de filtro de correia pode ser de construção convencional, sendo conhecida dos versados na arte. Detalhes das prensas de filtro de correia são encontrados, por exemplo, nas 5 Patentes US números 4.236.445, 4.297.215 e 5.022.989, as revelações das mesmas sendo incorporadas aqui como referência.
As vesículas lavadas de solvente do primeiro extrator de solvente 25a são alimentadas a um dispositivo 10 de remoção de solvente 30. 0 dispositivo de remoção de solvente 30 remove solvente e água dos sólidos que permanecem após extração, permitindo que o solvente seja reciclado para uso futuro e também garantindo que o produto seja seguro para moagem e uso comercial. 0 dispositivo de 15 remoção de solvente 30 pode empregar aquecimento indireto para remover quantidades significativas de solvente do resíduo sólido. Alternativamente, o aquecimento direto pode ser provido para secagem, por exemplo, pela provisão de ar quente dos secadores de cintilação fluidificados. A 20 corrente direta pode ser empregada, caso desejado, para remover quaisquer quantidades de traço do solvente que permaneçam nos sólidos. Os vapores do dispositivo de remoção de solvente 30 são preferivelmente recuperados e alimentados ao destilador 24 para recuperar pelo menos uma 25 porção do solvente.
O tempo de retenção em cada etapa de extração pode variar em uma ampla faixa, porém geralmente é de cerca de 5 minutos ou menos e preferivelmente, de cerca de 3 minutos ou menos. A temperatura do(s) extrator(es) de solvente 30 depende de fatores, tais como, tipo de solvente empregado, porém menos freqüentemente varia de cerca de 4,44 °C a 82,2°C a pressão atmosférica. As temperaturas podem ser apropriadamente aumentadas ou diminuídas para operação em pressões super ou subatmosféricas. Opcionalmente, técnicas, 5 tais como, ultra-som são empregadas para melhorar a eficiência do processo de extração. Quando se mantém um sistema fechado, as perdas de solvente durante a extração, remoção do solvente e destilação podem ser minimizadas.
Preferivelmente, pelo menos cerca de 70% em peso do 10 solvente são recuperados e reutilizados. Uma corrente constituída de solvente libera solvente fresco para o tanque de solvente 26, de modo a reabastecer qualquer solvente que não tenha sido recuperado.
O produto da fibra de laranja seca é, de modo 15 geral, uma farinha grossa. A farinha pode ser triturada se um pó for necessário para uma aplicação específica. Opcionalmente, a fibra cítrica é submetida a um ou mais tratamentos adicionais necessários ou desejados para um uso final específico. Por exemplo, enzimas naturais podem ser 20 inativadas antes do processo de extração do solvente ou secagem. As enzimas podem ser inativadas, por exemplo, por ultra-som ou por inativação térmica convencional.
A despeito das muitas fibras comerciais típicas, a fibra de laranja da presente invenção possui poder de 25 espessamento, cria texturas de polpa (fração grossa) e possui boa estabilidade. Por exemplo, a fibra cítrica pode ser usada para substituir 1% de sacarose em uma receita de creme para padaria, com estabilidade em cozedura aperfeiçoada e boa estabilidade em liofilização. Isso 30 indica uma capacidade de ligação a água extremamente alta da fibra da laranja, resultando em viscosidades relativamente altas.
A alta capacidade de ligação a água pode ser benéfica para muitas aplicações (por exemplo, aplicações em carnes processadas). Em outras aplicações, tais como, produtos para padaria, uma capacidade de ligação de água alta pode não ser desejável. Fibras trituradas em partículas extremamente finas (por exemplo, tamanho de partícula de 20 a 30 pim) , de modo geral, mostrarão características sensoriais superiores (alta maciez).
Além de possuir utilidade como um aditivo alimentício nas bebidas, alimentos assados, carnes ou emulsões de carne (por exemplo, embutidos, mortadelas, salchichas), confeitos, doces em pasta e geleias, laticínios, molhos, barras energéticas, e semelhantes, a fibra cítrica também pode ser utilizada potencialmente como um agente espessante natural para produtos alimentícios, tais como, yogurt ou como um veículo para outros componentes nos sistemas de bebida. Quantidades apropriadas de fibra cítrica para os vários produtos alimentícios podem ser determinadas pelos versados na arte, de acordo com fatores, tais como, preferências dos usuários e com o auxílio de não mais que a experimentação de rotina.
Esse exemplo ilustra a extração da fibra cítrica das vesículas lavadas com água empregando uma solução aquosa de solvente de etanol a 75% em peso em um processo de extração de contracorrente de dois estágios conforme descrito acima. A fibra de laranja resultante foi analisada quanto ao teor de fibra de dieta empregando o método AOAC 991.43 (Prosky). Foi verificado que a fibra cítrica tem a composição e propriedades estabelecidas na Tabela 1.
Esse exemplo ilustra a preparação de pão contendo fibra de laranja. A tabela 2 relaciona os ingredientes empregados para preparar o pão:
Todos ingredientes secos foram combinados em um misturador em espiral (Tipo Veema). Água foi então adicionada e a massa resultante foi misturada por 20 minutos. A massa foi dividida em porções de 700 gramas. A transformação em folha e processamento foram realizados por uma hora e meia a 32°C e umidade relativa de 82%. O pão foi assado em um forno a 220°C por 35 minutos.
Esse exemplo ilustra preparação de um molho (do tipo óleo a 30%) contendo fibra de laranja. A tabela 3 relaciona os ingredientes empregados para preparar a molho:
A água e a fase ácida foram adicionadas em um moinho de colóide Fryma. A fase de dispersão foi então adicionada e homogeneizada por 30 segundos. A fase oleosa 15 foi adicionada no minuto seguinte e a mistura foi emulsionada por mais 30 segundos. O molho foi então colocado em potes.
Esse exemplo ilustra a preparação de hambúrguer de carne de boi contendo fibra de laranja. A tabela 4 relaciona os ingredientes empregados para preparar os hambúrgers de carne de boi:
Todos ingredientes (exceto temperos) foram combinados em um Misturador do tipo Hobart N50CE em velocidade 1. Os temperos foram adicionados após 30 segundos. A mistura foi combinada por até 5 minutos, com 10 mistura manual da massa por 2 minutos e meio. A massa foi resfriada em um refrigerador por 2 horas. Os hambúrgers foram formados em porções de 90 g com 80 mm de diâmetro. Os hambúrgers podem ser fritos em uma fritadeira até uma temperatura de núcleo de 74-75°C ser obtida.
Esse exemplo ilustra preparação de um doce em pasta contendo fibra de laranja. A tabela 5 relaciona os ingredientes que podem ser empregados para preparar o doce em pasta:
A fruta, adoçantes e água podem ser combinados e cozidos em conjunto. A fibra de laranja então pode ser adicionada e fervida para obtenção da substância seca desejada. A solução de ácido cítrico então pode ser 5 adicionada, até a mistura alcançar um pH de 3,4. O doce em pasta pode ser enchido quente em potes de vidro.
Claims (16)
1. Processo para recuperação de fibra cítrica de vesículas cítricas, ditas vesículas cítricas sendo separadas do suco cítrico, para obter um aditivo alimentício apropriado para consumo humano, o processo compreendendo: (i) lavagem das vesículas cítricas com água e recuperação das vesículas lavadas com água da mesma; (ii) uma etapa de extração com solvente orgânico compreendendo o contato das vesículas lavadas com água com um solvente orgânico para obter vesículas lavadas com solvente orgânico; e (iii) remoção do solvente das vesículas lavadas com solvente orgânico e recuperação de fibra cítrica das mesmas, dito processo sendo caracterizado pelo fato de a etapa de extração com solvente orgânico ser realizada em, pelo menos, dois estágios de contracorrente, em que o tempo de retenção de cada etapa de extração é de 5 minutos ou menos .
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente orgânico é um álcool.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o solvente orgânico é etanol.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as vesículas cítricas são obtidas de fruto cítrico selecionado do grupo consistindo em laranjas, tangerinas, limas, limões e toranjas.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as vesículas cítricas possuem um teor de água de 80% a 97% em peso.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as vesículas lavadas com água são contatadas com solvente orgânico a uma razão em peso de sólidos para solvente de 0,25:1 a 3:1.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extração do solvente orgânico é realizada em um processo continuo.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente orgânico é miscivel em água.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente orgânico possui uma concentração de 70% a 100% em peso.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, prensagem do extrato do solvente orgânico em um filtro prensa para remover o liquido.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção do solvente orgânico é reciclada e recuperada.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos 70% em peso do solvente orgânico são recuperados.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fibra citrica seca possui um teor total de fibra de dieta de 60 a 85% em peso.
14. Fibra citrica seca obtida pelo processo como definido na reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que a fibra citrica possui um teor total de fibra de dieta de 60% a 85% em peso e uma capacidade de ligação a água de 9 a 25 (peso/peso).
15. Aditivo alimentício apropriado para consumo humano, caracterizadopelo fato de que compreende a fibra citrica seca como definida na reivindicação 14.
16. Produto alimentício selecionado do grupo consistindo em bebidas, artigos assados, carnes, emulsões 10 de carne, confeitos, doces em pasta e geleias, laticínios, molhos e barras energéticas, o produto alimentício sendo caracterizadopelo fato de que contém o aditivo alimentício como definido na reivindicação 15.
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