Esse é um trabalho teórico e experimental em que princípios básicos de mecânica estatística são utilizados para entender a dinâmica de micro e nano esferas acopladas direta e indiretamente a células aderentes vivas, objetivando a caracterização mecânica das mesmas. Dentre esses princípios básicos estão inclusos, principalmente, conceitos relacionados à difusão. Na difusão clássica, tem-se uma dependência linear do deslocamento quadrático médio com o tempo. Caso contrário, quando o expoente é diferente de um, tem-se o que se chama de difusão anômala. Caso seja maior que um, o processo é superdifusivo, e se menor que um, subdifusivo. Para se estudar o comportamento mecânico de sistemas complexos pode-se usar micro e nanoesferas como elementos de análise. Essas esferas são dispostas no material a ser estudado, e observando a sua dinâmica é possível caracterizar o processo que conduziu essa dinâmica e consequentemente inferir propriedades físicas do material. Nesse trabalho aplicam-se técnicas de rastreamento de partículas, microscópicas e nanoscópicas, para estudar propriedades dinâmica de células, especialmente difusibilidade, remodelação da estrutura celular e campos de força. Para isso foram utilizadas duas técnicas experimentais de rastreamento de micro e nanoesferas e modelos fenomenológicos e de mecânica estatística. Essas propriedades dinâmicas tem uma grande semelhança com materiais vítreos moles. Nesse contexto, certas funções celulares, como divisão, contração, difusão, requerem que as células apresentem fluidez similarmente a um líquido, enquanto que para outras funções, como manter a sua estrutura celular, elas devam ter uma aparência mais rígida. Essas características assemelham-se a um material vítreo, onde desordem e metastabilidade são características subjacentes de suas funções mecânicas. Os resultados experimentais apresentados aqui evidenciam essa metaestabilidade na forma de anomalias e correlações temporais dos vários dados coletados. Também explicamos os dados experimentais encontrados em termos das atividades metabólicas e a remodelação ativa do citoesqueleto. Mostra-se também os dados obtidos para músculo cardíaco em plena atividade pulsátil. Os resultados aqui obtidos têm aplicações diretas em pesquisa básica e clínica. / This is a theoretical and experimental work in which basic principles of statistical mechanics are used to understand the dynamics of micro and nano spheres attached directly or indirectly to living adherent cells, with the aim of the mechanical characterization of them. Among these basic principles, mainly concepts related to diffusion are included. In classical diffusion, there is a linear dependence of the mean squared displacement in time. Otherwise, when the exponent is diferent than one , there is what is called anomalous diffusion. If it is bigger than one, the process is superdiffusive, and if it is smaller than one, subdiffusive. To study the mechanical behavior of complex systems,micro and nanospheres can be used as analysis elements. These spheres are arranged in the material to be studied, and from observation of the dynamics is possible to characterize the leading process of this dynamic and therefore infer physical properties of the material. In this work, particle tracking techniques, for microscopic and nanoscopic spheres, are applied to study dynamic properties of cells, especially diffusivity, remodeling of the cell structure and force fields. For that we used two experimental techniques of tracking of micro and nanospheres, and phenomenological and statistical mechanics models. These dynamic properties have a great similarity to soft glassy materials. In this context, certain cellular functions such as division, contraction, diffusion, require that cells present fluidity similarly to a liquid, while for other functions, such as keeping the cellular structure, they should have a stiffer appearance. These characteristics resemble a glassy material, where disorder and metastability are underlying characteristics of their mechanical functions. The experimental results presented here show this metastability as anomalies and temporal correlations of the various data collected. We also explain the experimental data found in terms of metabolic activity and the active remodeling of the cytoskeleton. Also data obtained for heart muscle in full pulsatile activity is showed. The results obtained have direct applications in basic and clinical research.

Neste trabalho, métodos experimentais para estimar as viscosidades elongacional e de cisalhamento mediante um canal de contração abrupta foram desenvolvidos. Os dados reológicos em fluxos de cisalhamento foram comparados com os resultados mediante o reômetro rotacional e o reômetro capilar. Os resultados foram utilizados para avaliar a influência da estrutura molecular nas propriedades reológicas de vários polipropilenos com diferentes massas moleculares, distribuição de massas moleculares e teor de ramificações. Além disso, polipropilenos degradados termomecânicamente foram estudados. A massa molecular e a distribuição de massas moleculares foram obtidas através de Cromatografia de permeação em gel (GPC). Os resultados obtidos mostraram que a matriz elongacional é útil para simular processos de transformação, visto que podem ser alcançadas altas taxas de deformação, que dependem dos valores máximos dos parâmetros de processamento, os quais dependem dos limites máximos do equipamento utilizado. Os resultados em fluxos de cisalhamento avaliados mediante a matriz elongacional mostraram que possuem uma excelente concordância com os resultados obtidos por cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes (COPA) no reômetro rotacional. Os resultados em fluxos elongacionais mostraram que as medidas são muito sensíveis à estrutura molecular, principalmente à presença de ramificações longas, principalmente a baixas taxas de deformação. No caso do polipropileno degradado termomecânicamente, tanto sua massa molecular quanto as suas viscosidades elongacional e de cisalhamento diminuem devido à cisão de cadeias e, as medidas reológicas mostram-se mais sensíveis a essas mudanças do que as medidas de GPC. / In this work, experimental methods to evaluate elongational and shear viscosities using a planar channel with an abrupt contraction (also called Cogwell die) were developed. The shear viscosity measurements were compared to measurements obtained using a rotational rheometer and a capillary rheometer. The elongational die was used to evaluate the influence of the molecular weight, molecular weight distribution and chain structure on the rheological properties of polypropylene. The influence of thermomechanical degradation of PP on its rheological properties was also studied. The molar mass and molar mass distribution were evaluated using GPC. It was found that the planar channel can be used successfully to evaluate the elongational viscosity at rates that correspond to polymer processing conditions. The shear viscosity measurements obtained using the planar die were in good agreement with measurements obtained by small amplitude oscillatory shear (SAOS). The elongational viscosity was sensitive to molecular structure, essentially at low deformations. It was also shown that the molar mass, molar mass distribution and amount of branching affects the shear viscosity and that rheological measurements may be more sensitive to molecular weight changes than GPC.

Os policarboxilatos são macromoléculas utilizadas como dispersantes de alta eficiência em composições cimentícias reduzindo a viscosidade das suspensões e minimizando a quantidade de água utilizada para o processamento. Estes aditivos são muito eficientes por promover estabilização eletroestérica devido a grupos funcionais que geram cargas e se adsorvem na superfície das partículas e suas cadeias poliméricas laterais apolares (side chains). Por isto, esses aditivos têm sido amplamente empregados em composições de concretos. No entanto, além de alterar as características reológicas dos materiais cimentícios, a utilização de policarboxilatos afeta também o potencial de superfície, as reações de hidratação dos cimentos, e as propriedades viscoelásticas dos materiais. Desta forma, neste trabalho foram avaliados os efeitos da variação do teor de policarboxilato éter - Glenium 51 - em suspensões de cimento Portland (CPIIE) a partir de ensaios de reometria rotacional e oscilatória, calorimetria de condução isotérmica e medidas de potencial zeta por ESA. Os resultados demonstram que para teores de 0.05 a 1.50 % de aditivo ocorre a diminuição da viscosidade e da tensão de escoamento e aumento do tempo de pega dos cimentos. Estes comportamentos foram atribuídos à adsorção do aditivo na superfície das partículas de cimento em que o desempenho varia em função do tempo. Nos primeiros momentos da adsorção o efeito espacial é majoritário e se tornando também eletrostático após 15 h devido à reação do cálcio iônico com as moléculas de policarboxilato. O consumo dos íons cálcio faz com que a velocidade da reação de hidratação seja reduzida retardando o início e o final de pega. Para teores de aditivo superiores a 3,00 % o sistema passa a apresentar um comportamento viscoelástico que não é adequado para o uso em materiais cimentícios. / The polycarboxylates are macromolecules used as high efficiency dispersants in cement compositions reducing the suspensions viscosity and the volume of water used in the processing. These additives are very efficient in promoting electrosteric stabilization due to functional groups that create charges and are absorbed by the particles\' surface and their side chains. That\'s the reason why these additives have been used in concrete compositions. However, besides the change polycarboxylates cause to the rheologic characteristics of cementitious materials, the use of polycarboxylates affects also the surface potential, the cement hydratation reactions, and the materials\' viscoelastic proprieties. In this work, the effects of ester polycarboxylate glenium 51 levels of variation were rated in Portland cement suspension (CP II-E) using rotational rheometry and oscillatory, isothermal conduction calorimetry and zeta potential measurement by ESA. The results show that for 0,05 to 1,50% levels of additives there was a reduction in viscosity and yield stress and an increase in the cement\'s setting time. These behaviors were attributed to the adsorption of the additive by the surface of the cements\' particles whose performance alters because of the time function. In the adsorption\'s first steps the spatial effects are the majority, while after 15 hours they also become electrostatic due to the reaction of the ionic calcium with the polycarboxylate molecules. The calcium ions waste leads to a reduction of the velocity of the hydratation reaction, slowing down the beginning and the end of setting time. For higher than 3,00% additive content, the system shows a viscoelastic behavior that is not fit for the use of cementitious materials.

No presente projeto, foi estudada a viabilidade do purê de manga (Mangifera indica Linn.), variedade 'Haden', para pronto consumo. Inicialmente foi feito o acompanhamento do processo de amadurecimento das mangas para determinar o estágio de maturação adequado para o processamento do purê. Foram feitas análises de firmeza, pH, acidez titulável expressa em porcentagem de ácido cítrico, sólidos solúveis e teor de pectina da polpa das frutas. Os resultados mostraram que a coloração da casca foi um bom indicador do estágio de maturação das mangas. Após acidificação, foram alicados no purê quatro tratamento térmicos diferentes: 25,5 minutos a 65°C; 16,0 minutos a 75°C; 4,0 minutos a 80°C e 2,5 minutos a 95°C. Purê tratado e não tratado termicamente foi mantido sob refrigeração durante 36 dias e análises de pH e acidez titulável, além da contagem de bolores e leveduras, foram realizadas no purê na freqüência de 7 dias. Apesar da análise estatística indicar diferenças significativas entre os valores de pH e acidez titulável em função do tempo de armazenamento e do tratamento térmico, o purê apresentou valores dentro dos limites estabelecidos pela legislação para purê de manga destinado ao consumo como bebida (valor de pH entre 3,3 e 4,5 e acidez titulável mínima de 0,32% de ácido cítrico). Em relação à contagem de bolores e leveduras, o purê tratado termicamente mostrou-se estável, apresentado contagem zero dos microrganismos citados durante todo o período de armazenamento. Estudo do comportamento reológico do purê tratado e não tratado termicamente indicou o seu caráter não-newtoniano, de natureza pseudoplástica. Apesar dos tratamentos térmicos apresentarem valores de F bem distintos, as análises físico-químicas, a contagem de bolores e leveduras e o estudo reológico mostraram que não houve diferença entre os produtos finais. Isso indica que a estabilidade físico-química e microbiológica do purê pode ser alcançada com o tratamento térmico que apresentou o menor valor de F, no caso, o tratamento conduzido a 65ºC durante 25,5 minutos. Em um teste de aceitação do consumidor, o purê tratado nestas condições apresentou um alto indice de aceitação, o que reforça a viabilidade do produto pronto para consumo. / In this research project, the viability of 'Haden' mango puree (Mangifera indica Linn.) as a ready-to-serve product was studied. The ripening process of the fruti was studied to determine the adequate stage for the puree production. Firmness, pH, total acidity expressed as citric acid percentage, soluble solids and pectin content of the fruti pulps were analyzed. results showed that color of skin is a good parameter to indicate the mangoes ripening stage. Four different heat treatments were applied to the acidified puree: 25.5 minutes at 65°C; 16.0 minutes at 75°C; 4.0 minutes at 80°C and 2.5 minutes at 95°C. Non treated and treated puree were maintained under refrigeration for 36 days. pH, titrable acidity, molds and yeast analyses were carried out weekly. Although statistical analyses indicate significant difference among pH and acidity values in relation to storage time and heat treatment, the puree presented acceptable values by Brazilian legislation for mango puree consumed as beverage (pH between 3,3 and 4,5 and mininum total acidity of 0,32% of citric acid). Heat treated puree showed microbiological stability, presenting zero count of these microorganisms during the storage time. The study of rheological behavior of treated and non treated purees revealed non Newtonian character of shear thinning nature. Even though the heat treatments presented very distinct F values, the physical chemical analyses, the mold and yeast counts and the rheological behavior showed that there was difference among the final products. This indicates that the stability os the puree can be achieved applying the heat treatment with the smallest F value, that is 25.5 minutes at 65°C. Consumer acceptance test of puree treated in these conditions presented high level of acceptance, which reinforces the viability of this puree as a ready-to-serve product.

Do ponto de vista reológico, o concreto fresco flui como um líquido. Sendo assim, o seu comportamento no estado fresco deve ser estudado a partir dos conceitos da reologia, ciência voltada para o estudo das deformações e escoamento de um fluido sob a influência de tensões. As estruturas bem planejadas, dependendo do processo adotado para sua confecção, são executadas em tempo muito pequeno após a mistura dos materiais que irão constituir os concretos. Assim, a trabalhabilidade do concreto é um parâmetro importante a ser estudado, tanto por facilitar o lançamento do material quanto pelas decisões relacionadas com a forma desse lançamento. Tradicionalmente, a trabalhabilidade do concreto está associada à sua consistência, expressa em termos de abatimento obtido no ensaio de tronco de cone, que, apesar de ser um método de ensaio bastante utilizado, não a quantifica totalmente. Isto porque o concreto se comporta como um fluido binghamiano, sendo, então, caracterizado por dois parâmetros reológicos: a tensão de escoamento e a viscosidade plástica. Assim, o presente trabalho determina alguns parâmetros de medida, a partir de conceitos reológicos, para a verificação do comportamento de alguns tipos de concreto de alto desempenho no estado fresco, com adição de sílica ativa. Para isso, foram usados tanto os métodos de ensaios tradicionais - ensaio de abatimento de tronco de cone e consistômetro de Ve-Be - quanto equipamentos mais modernos - reômetro. Uma modificação do ensaio de abatimento tradicional também foi usada como uma tentativa de simplificar a determinação dos parâmetros reológicos que caracterizam o comportamento dos concretos frescos. A capacidade dos concretos escoarem sob influência do seu peso próprio foi avaliada através do ensaio da caixa L. A identificação da natureza reológica dos concretos foi feita com o auxílio de um reômetro. A trabalhabilidade dos concretos foi avaliada a partir dos métodos de ensaio que medem os dois parâmetros reológicos e sua perda ao longo do tempo foi associada à evolução dos parâmetros medidos. Apesar de terem sido classificadas como misturas fluidas, nenhum concreto apresentou escoamento suficiente que o caracterizasse como um material auto-adensável, porém apresentou bom escoamento sob a energia de um vibrador. A natureza reológica dos concretos foi identificada como sendo realmente semelhante a um fluido binghamiano. A trabalhabilidade, bem como sua perda ao longo do tempo, foram associadas à evolução dos parâmetros reológicos: observou-se um aumento da tensão de escoamento (ou torque de escoamento), enquanto a viscosidade plástica (ou viscosidade de torque) permaneceu praticamente constante durante os 60 minutos em que o comportamento foi acompanhado. Conclui-se que para a trabalhabilidade dos CAD, há inúmeros outros fatores importantes a serem considerados no prosseguimento da pesquisa, os quais deverão levar em conta parâmetros associados à produção, ao transporte e ao lançamento do material. / From the rheological point of view, the fresh concrete flows as a liquid. In such case, its fresh behavior should be studied from the concepts of rheology, the science which concerns the study of deformation and flow of a fluid under stress influence. The well designed structures, depending on the process considered in their production, are performed in a very short time after the mixture of the materials that will constitute the concretes. Thus, the concrete workability is an important parameter to be studied, even for facilitating the material placement and for the decisions related with the method of this process. Traditionally, the concrete workability is associated to its consistency, expressed in terms of the slump value measured by the slump test that, in spite of being a quite used test, does not quantify it totally. It happens because the concrete behaves as a Bingham fluid, being described by two rheological parameters: the yield stress and the plastic viscosity. Thus, the present research determines some measure parameters from rheological concepts to verify the behavior of some types of fresh high performance concrete (with silica fume addition). For this, both traditional test methods - slump test and Vebe consistometer - and more recent equipments - rheometer - were used. A modification of the traditional slump test was also used as an attempt to simplify the determination of the rheological parameters that describe the fresh concretes behaviors. The capacity of the concretes flow under the influence of their own weight was evaluated by the L-box test. The identification of the concretes rheological behavior was made with a rheometer. The concretes workability was evaluated from test methods that measure the two rheological parameters and its loss over time was associated to the evolution of the measured parameters. In spite of being classified as fluid mixtures, none of the concretes presented enough flow to describe it as a self-compacting material; however they presented a good flow under vibration energy. The concrete rheological behavior was identified as being similar to a Bingham fluid. The workability, as its loss over time, was associated to the evolution of the rheological parameters: an increase of the yield stress (or flow resistance) was observed, while the plastic viscosity (or torque viscosity) stayed practically constant during the 60 minutes in which the behavior was followed. It is concluded that for the high performance concretes workability, there are other several important factors to be considered in the research pursuit, which should consider the parameters associated to the material\'s production, transport and placement.

Efetuou-se, de forma inédita, a avaliação da viscosidade de dois óleos Newtonianos em velocidades distintas de escoamento (1000rpm e 1500rpm) e em função da temperatura (24ºC a 50ºC), através de um método de reologia a laser, que consiste num interferômetro óptico acoplado a um spinner. Para a obtenção dos dados experimentais desenvolveu-se um sistema de aquecimento, o qual foi acoplado ao spinner, garantindo assim a estabilidade térmica durante o processo. Os dados experimentais obtidos através do método de reologia a laser corroboraram com o modelo de Emslie, Bonner e Peck (EBP), considerando que o modelo do coeficiente de determinação múltipla (R²) para o ajuste linear dos dados manteve-se muito próximo a 1. Já em comparação com o método tradicional, que utiliza a imersão de um spindle dentro de um Becker com fluído, e, dentro das incertezas experimentais, obteve-se boa concordância dos dados. Além disso, encontrou-se boa concordância com o modelo de Arrhenius que descreve o comportamento da viscosidade de fluídos em função da temperatura. / The viscosity assessment of two Newtonian oil was done in an unprecedented way in different flow speeds (1000rpm e 1500rpm), and as temperature function (24ºC to 50ºC), through a laser rheology method, which consists of an optical interferometer coupled to a spinner. To obtain the experimental data, a heatingsystem was developed, which was coupled to the spinner, thus ensuring the thermal stability during the process. The experimental data obtained through rheology laser method corroborated with the Emslie, Bonner e Parker (EBP) model, in which the coefficient of multiple determination, R² for a linear adjustment was close to 1. Therefore, in comparison to the traditional method and within the experimental uncertainty great data concordance was obtained. Also, great data concordance was found with the Arrhenius model, which describes the behavior of fluids viscosity due to the temperature.

Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-05T21:42:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Braga_AnaLuizaMattos_D.pdf: 3362536 bytes, checksum: 58d82bf888ded45f62114695be4bbf6e (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A utilização de diversos biopolímeros é uma prática comum nas indústrias de alimentos, especialmente em produtos lácticos, embutidos e a base de soja. O objetivo geral deste trabalho foi estudar as interações entre proteínas e polissacarídeos em sistemas contendo, ou não, co-soluto, em solução aquosa (pH 7,0) ou géis acidificados. Dentre as proteínas e os polissacarídeos utilizados na indústria de alimentos, foram estudados mais profundamente a goma xantana, o caseinato de sódio e o isolado protéico de soja (tanto em solução quanto em géis). Os polissacarídeos jataí (LBG), gelana, Na-alginato e k-carragena foram estudados apenas em soluções. As interações entre os componentes foram estudadas 1) por microscopias confocal, de força atômica e de contraste de fases e rheo-SALS (¿small angle light scattering¿); 2) por reologia a baixas e altas deformações, em cisalhamento ou compressão; 3) por análises químicas para determinar o tipo de força das interações. Os estudos sobre as propriedades físicas de soluções puras de biopolímeros mostraram que soluções de proteína seguem um comportamento Newtoniano, enquanto que os polissacarídeos apresentam comportamento Newtoniano a baixa concentração e pseudoplástico com o aumento desta. O tratamento térmico de soluções de xantana bem como a adição de sacarose reduziram a elasticidade da solução, sendo que a adição de sacarose afetou as propriedades reológicas apenas de soluções anisotrópicas ou bifásicas (anisotropia e isotropia simultâneas). Um novo modelo baseado na equação de BST (Blatz, Sharda, Tschoegl, 1974) foi proposto para predizer um maior número de propriedades mecânicas dos géis biopoliméricos tendo sido observado um bom ajuste dos dados. Quanto mais lenta a acidificação promovida por GDL, mais interconectada e forte foi a rede protéica em géis puros de Na-caseinato e SPI. O aumento da tensão e deformação de ruptura de géis formados com GDL foi obtida pelo aumento da concentração de proteína em géis puros de SPI, pela adição de xantana ou pela redução do conteúdo de proteína em géis contendo xantana. Por outro lado, a adição de xantana enfraqueceu os géis térmicos de SPI, provavelmente devido a ligação deste polissacarídeo com a sub-unidade b-7S. Em soluções aquosas pH 7,0, a k-carragena foi mais compatível com o Na-caseinato e com SPI do que o Na-alginato. No entanto, os resultados de ¿rheo-SALS¿ e CLSM mostraram que misturas de caseinato e alginato apresentaram maior capacidade de formar emulsões do tipo água-água do que sistemas com carragena. Além disto, o sistema com SPI e Na-alginato também formou emulsão, mas com a fase dispersa de proteína gelificada. Misturas com gelana apresentaram-se homogêneas devido a baixa tensão interfacial do sistema. Palavras-chave: proteína, polissacarídeo, interação, gel, emulsão, biopolímero, solução, reologia, separação de fases, CLSM, ¿rheo-SALS¿ / Abstract: Biopolymers are widely used in dairy products, canned foods, bakery products, salad dressings, beverages, sauces, soups and other processed foodstuffs to improve textural characteristics, flavour and shelf life. The aim of the present Ph.D. thesis was to study the protein-polysaccharide interactions in aqueous systems (pH 7.0) or acidified gels. It was studied seven different biopolymers used in the food industry, being two proteins and five polysaccharides. Soy protein isolate (SPI), Na-caseinate and xanthan were studied in aqueous solutions and gels systems, while locust bean gum (LBG), gellan, Na-alginate and k-carrageenan were studied only in aqueous solutions. The protein-polysaccharide interactions were evaluated as following: 1) microstructures ¿ by using confocal (CLSM), atomic force and phase contrast microscopes and rheo-SALS (small angle light scattering); 2) macrostructures, evaluated trough small- and large-strain rheology under shear or compression; 3) chemical analysis - in order to determine the kind of interaction forces that maintained the gels structure. The results on the physical properties of pure biopolymers solutions revealed that the proteins showed Newtonian behaviour, while the polysaccharides showed either Newtonian or non-Newtonian behaviour depending on its type and solution concentration. The annealing temperature of xanthan solutions and the addition of sucrose caused a reduction on the solution elasticity. It was observed that sucrose affected the rheological properties over all frequency range studied for initially anisotropic or biphasic xanthan solutions. It was proposed a new model based on BST (Blatz, Sharda, Tschoegl, 1974) equation to predict a great number of mechanical properties, which revealed a very good fit to the data. The slower the acidification by GDL (glucone-delta-lactone) it was observed a more interconnected and harder network in Na caseinate and SPI pure gels. The increase of the breaking stress or strain was obtained by increasing the SPI concentration in pure gels, by adding xanthan or by increasing the protein concentration in gels made with xanthan. In another hand, the addtion of xanthan let to weaker heat-induced SPI gels, which was attributed to the electrostatic interactions between xanthan and the b-7S subunit of SPI. In mixed protein-polysaccharide solutions, the results indicated that k-carrageenan was more compatible with both soy protein and Nacaseinate than alginate. However, the Na-caseinate ¿ Na-alginate mixture showed a greater capacity to form water-in-water emulsions than Na-caseinate - carrageenan system as observed by rheo-SALS and CLSM. In addition, the system with SPI and Na-alginate also formed emulsions but with a gelified protein dispersed phase. The interfacial tension of systems containing gellan was very low resulting in homogeneous mixtures. Keywords: proteins, polysaccharides, interaction, gel, emulsion, biopolymer solution, rheology, phase separation, CLSM, rheo-SALS / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Nelson Horacio Pezoa Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T03:51:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Clareto_SilviaSilveira_D.pdf: 2199392 bytes, checksum: e11d29ab9325262d4dfa5c67b55344f9 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A concentração do licopeno por microfiltração é um processo viável, visto que, apesar deste carotenóide ter uma baixa massa molecular, se liga a outras moléculas maiores presentes nas frutas, como pectina e proteínas, formando redes que ficam no retido numa filtração por membranas e tornando este processo interessante em aplicações industriais. O aproveitamento da goiaba para a obtenção de licopeno concentrado apresenta um grande potencial. O estudo do comportamento reológico, os efeitos do tratamento enzimático e a microfiltração da polpa de goiaba foram realizados neste trabalho. O comportamento reológico da polpa de goiaba, na faixa de temperatura estudada (15 a 60oC), foi caracterizado como pseudoplástico, podendo ser representado pela equação de Mizrahi-Berk. A viscosidade da polpa de goiaba diminuiu com a elevação da temperatura e, para a faixa de temperatura entre 25 e 55oC, o índice de consistência (K) também diminuiu, enquanto um efeito contrário foi observado para o índice de comportamento (n). Uma concentração de 5 mg/100g da enzima Pectinex® 100L por 30 minutos à 40oC é considerada adequada para o pré-tratamento da polpa de goiaba, visando sua utilização no processo de microfiltração. Além de não alterar significativamente a composição química da polpa, especialmente o teor de licopeno, essa condição combina uma alta taxa de redução da viscosidade a menores tempos de incubação e concentração de enzima. A polpa de goiaba hidrolisada foi microfiltrada utilizando-se um equipamento constituído por quatro módulos de filtração colocados em série, sendo cada um deles composto por uma membrana tubular cerâmica de 0,2 ìm de diâmetro de poro e área total de permeação de 0,02 m2. Para o fator de concentração 1,5, foram avaliados os efeitos da temperatura e da pressão transmembrana no aumento de concentração de licopeno, no fluxo de permeado e na formação da camada polarizada e do fouling. A concentração do licopeno aumentou de forma linear com a temperatura e com a pressão transmembrana, variando de 45,6 a 55,2%. A elevação da temperatura provocou um acréscimo no fluxo de permeado, que variou de 77,2 a 118,9 kg/h.m2. A pressão transmembrana, nas condições estudadas, não influenciou o fluxo. A maior parte da resistência ao fluxo é causada pelo fouling (43,09 a 77,95%). Quanto maior a pressão transmembrana, maior será a resistência devida ao fouling. A resistência da membrana representou de 14,25 a 29,82% da resistência total e a resistência devida à polarização da concentração e à camada polarizada apresentou uma grande variação com as condições experimentais (0 a 42,65%). Os dados experimentais se ajustaram bem ao modelo proposto pela teoria de renovação de superfície. Os valores da constante de declínio de fluxo foram baixos, indicando que o efeito da polarização da concentração é baixo para as condições estudadas / Abstract: The concentration of the lycopene by microfiltration is a viable process, considering that although this carotenoid has a low-molecular-weight it joins others big molecules current in fruits like pectin¿s and protein¿s molecules, making nets that stay in the retentate in the membrane process of filtration what make the application of this process at industrial scale something interesting. The guava improvement in the form of processed products shows a big potential to be utilized. In this work, we have studied rheological behavior, enzyme treatment effects and the microfiltration of the guava flesh. The rheological behavior of the guava pulp, in the hold of temperature studied (15 to 60oC), was characterized as pseudoplastic, which can be represented by the Mizhahi-Berk equation. The guava pulp viscosity decreased by increasing temperature and, for the temperature between 25 and 55oC, the consistence indices (K) also decreased, in another way the opposite effect was observed for the behavior indices (n). The 5 mg/100g concentration of Pectinex® 100L enzyme for 30 minutes to 40oC is considered adequate for guava pulp pre-treatment, for utilization in microfiltration process. The enzymatic treatment, in this condition, does not change significantly the guava pulp chemistry characteristic, particularly the lycopene content; this condition combines one high rate of increase viscosity and smaller time of incubation and enzyme concentration. Hydrolyzed guava pulp was microfiltrated using the equipment constituted of four modules of filtration disposed in line, and each one of these modules is composed of one tubular ceramic membrane with pore diameter of 0.2 ìm and total area of permeation of 0.02 m2. For the 1.5 concentration factor, were evaluated the effects of temperature and transmembrane pressure in the increase of lycopene concentration, in the flow of permeated and in the formation of polarized layer and of fouling. The lycopene concentration increased in a linear way with the temperature and transmembrane pressure, varying between 45.6 and 55.2%. The temperature increases provoked an increase of the permeated flow that varied between 77.2 to 118.9 kg/h.m2. The transmembrane pressure, in the studied condition, did not influence the flow. The most part of the flow resistance was caused by fouling (43.09 to 77.95%). The membrane resistance represented from 14.25 to 29.82% of the total resistance and the resistance due to polarization and to polarization layer indicates a big variation with the experimental conditions (0 to 42.65%). The experimental data were well adjusted to the model proposed for the superficies renovation theory. The decrease flow constant value was small, what indicates that the concentration polarization effect is small for the studied condition / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Walkiria Hanada Viotto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T22:33:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_ClarissaReschkeda_D.pdf: 2018013 bytes, checksum: 2af1fa9c1c19caebe31c1cef7e4a9007 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Embora reconhecidamente fundamentais para a fabricação de queijos fundidos, os fenômenos de peptização e emulsificação ainda não estão plenamente entendidos, principalmente devido ao grande número de fatores envolvidos. O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito de diferentes tipos de gordura (butter oil, gordura vegetal hidrogenada e óleo vegetal) e de sal emulsificante (citrato de sódio, hexametafosfato de sódio, tripolifosfato de sódio e pirofosfato tetrassódico) sobre as características reológicas e funcionais e sobre a aceitação sensorial de análogos de requeijão cremoso. Além disso, o estudo buscou compreender como esses fatores influenciaram os mecanismos de peptização e emulsificação. A fabricação dos queijos a partir de ingredientes anidros permitiu tratar os análogos como sistemas modelo, onde as variáveis foram limitadas e bem conhecidas. O trabalho foi dividido em três etapas: 1) caracterização dos requeijões cremosos e análogos comerciais quanto à composição química, microestrutura, propriedades reológicas e funcionais e aceitação sensorial; 2) avaliação do papel dos diferentes sais emulsificantes em análogos de requeijão cremoso; 3) avaliação do papel dos diferentes tipos de gordura em análogos de requeijão cremoso. De modo geral, os análogos comerciais apresentaram menores teores de gordura e caseína e maiores teores de umidade que os requeijões, o que se refletiu em produtos mais macios e com menores valores para os módulos elástico e viscoso. O uso de hidrocolóides resultou em menor derretimento e em um comportamento viscoelástico diferente do apresentado pelo produto tradicional. Os análogos comerciais apresentaram características bastante diferentes das de um requeijão cremoso tradicional, resultando em menor aceitação sensorial. Em relação à segunda etapa experimental, o tipo de sal emulsificante influenciou os mecanismos de peptização e emulsificação, o que resultou em diferenças nas propriedades reológicas e funcionais. O hexametafosfato foi o sal mais eficiente em promover a emulsificação da gordura e o que apresentou a menor porcentagem de cálcio solúvel/ cálcio total e o menor grau de dissociação da caseína. Como conseqüência, o análogo fabricado com hexametafosfato foi o que mais se diferenciou dos demais, apresentando menor derretimento, cor mais branca e maior firmeza. Entre os outros sais testados, o tripolifosfato foi o que apresentou o maior poder de seqüestrar o cálcio, resultando num produto mais macio e com maior aceitação sensorial. Em relação à terceira etapa experimental, a substituição da gordura láctea por gordura vegetal ou óleo de soja não influenciou o mecanismo de peptização, mas resultou em um maior grau de emulsificação da gordura, o que promoveu modificações significativas no produto final. Os análogos fabricados com gordura vegetal e óleo de soja apresentaram maiores valores para os módulos elástico e viscoso, menor derretimento e maior firmeza, enquanto o requeijão fabricado com butter oil foi o que teve a maior aceitação sensorial, graças à textura e, principalmente, ao sabor / Abstract: Although admittedly fundamental for the manufacture of processed cheeses, the mechanisms of peptization and emulsification are not yet totally understood, due mainly to the great number of factors involved. The objective of this work was to evaluate the effect of different types of fat (butter oil, hydrogenated vegetable fat and vegetable oil) and emulsifying salts (sodium citrate, sodium hexametaphosphate, pentassodium tripolyphosphate and tetrassodium pyrophosphate) on rheological and functional characteristics and on the sensory acceptance of 'requeijão cremoso¿ cheese analogues. The study also searched for a better understanding on how these factors influenced the mechanisms of peptization and emulsification. The manufacture of cheeses from anhydrous ingredients allowed for the analogues to be treated as model systems, were variables were limited and well known. The work was divided into three steps: 1) characterization of commercial 'requeijão cremoso¿ cheeses and requeijão cremoso¿ cheese analogues with respect to chemical composition, microstructure, rheological and functional properties and sensory acceptance; 2) evaluation of the role of the different emulsifying salts on 'requeijão cremoso¿ cheese analogues; 3) evaluation of the role of the different types of fat on 'requeijão cremoso¿ cheese analogues. In general, the commercial analogues presented lower levels of fat and casein and higher levels of moisture than 'requeijão cremoso¿ cheeses, which resulted in products which were softer and presented lower values for the elastic and viscous moduli. The use of hydrocolloids resulted in lower melting and in a viscoelastic behaviour that was different from that presented by the traditional product. Commercial analogues had characteristics very different from those of a traditional 'requeijão cremoso¿ cheese, resulting in lower sensory acceptance. With respect do the second experimental step, the type of emulsifying salt influenced both the mechanisms of peptization and emulsification, which resulted in differences in the rheological and functional properties. Hexametaphosphate was the most efficient salt in promoting fat emulsification, and the one that presented the lowest percentage of soluble calcium to total calcium and the lowest degree of casein dissociation. As a consequence, the analogue made with hexametaphosphate was the one that most differentiated from the others, presenting lower melting, whiter colour and higher firmness. Among the other salts testes, tripolyphosphate was the one that presented the highest calcium sequestring ability, resulting in a product softer and with higher sensory acceptance. With respect do the third experimental step, the substitution of milk fat for vegetable fat or soybean oil did not influenced the mechanism of peptization, but resulted in a higher degree of fat emulsification, which promoted significant modifications in the final product. The analogues made with vegetable fat or soybean oil presented higher values for the elastic and viscous moduli, lower melting and higher firmness, while the analogue made with butter oil had the better sensory acceptance, which was due to its texture and, mainly, to its flavour / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Maria Helena Andrade Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T16:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pires_AlineMaraBarbosa_D.pdf: 5667585 bytes, checksum: 99be814ed0f4b52809cad017f91235eb (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho, estudou-se a otimização da produção de ácido hialurônico (HA) por cultivo de Streptococcus zooepidemicus em batelada, com base nas alterações metabólicas ao longo do cultivo. Ás condições ambientais estudadas foram a concentração inicial de glicose, controle do pH, íons minerais e fonte de nitrogênio orgânico. Nos cultivos em frascos, a concentração inicial de glicose não alterou nem o crescimento celular nem a produção de HA. Entretanto, no cultivo em biorreator sem o controle do pH, ambos foram fortemente dependentes da concentração inicial de glicose, com maior produção de HA (1,21 g.L-1) no cultivo realizado em meio com 25 g.L-1 glicose. Tal condição nutricional foi a única que apresentou maior conversão de glicose em HA (YHA/S) do que conversão de glicose em massa celular (YX/S). O controle do pH ao longo do cultivo com 25 g.L-1 glicose resultou em maior produtividade de células (0,21 g.L-1.h-1) e de HA (0,10 g.L-1.h-1). apesar dos menores rendimentos em relação à glicose. A combinação desses resultados relaciona o maior direcionamento da fonte de carbono para HA do que para células a uma resposta do microrganismo ao stress ácido ocorrido no cultivo sem controle do pH. Uma análise da distribuição dos fluxos metabólicos nas condições ambientais estudadas demonstrou que as alterações na via de produção de HA foram mais relacionadas à distribuição dos fluxos para os açúcares precursores da síntese do polímero que à disponibilidade de energia (ATP) ou potencial redutor (NADH/NAD+) das células. A total suplementação do meio de cultura com íons minerais (K+, Mg++, Na+, Fe++, Ca++, Mn++, Zn++ e Cu++) foi benéfica para o crescimento celular, porém não alterou a produção de HA de forma significativa. O estudo demonstrou ainda que a qualidade do polímero produzido pode ser modulada pela suplementação do meio com íons minerais. As propriedades reológicas do HA com baixo teor de proteína (0.44 g.g-1) e massa molar média de 4.0 x 106 Da demonstraram elevada densidade de emaranhamento das cadeias devido à alta dependência do módulo elástico com a concentração e desvios da viscosidade complexa com relação à regra de Cox-Merz. O estudo de meios alternativos contendo derivados agroindustriais demonstrou maiores concentrações de HA em meios contendo extrato de levedura como fonte de nitrogênio. Este conjunto de resultados contribui para a otimização da produção de HA, assim como para um melhor entendimento do metabolismo do Streptococcus zooepidemicus. / Abstract: In this work, h was studied the optimization of HA production by hatch culture of Streptococcus zooepidemicus, with focus on the metabolic changes along cultivation. The environmental conditions studied were the initial glucose concentration, pH control, mineral ions and organic nitrogen source. In flask cultivations, the initial glucose concentration had no influence on the amounts of either the biomass or the MA produced. However, in bioreactor cultivations, at non-controlled pH. both were strongly dependent on the initial glucose concentration. The highest HA concentration (1.21 g.L-1) was obtained from 25 g.L-1 glucose, which was the only cultivation where the conversion of glucose to HA (YHA/S) was higher than the one of glucose to biomass (YX/S). Not only did the pH control along cultivation result in higher cell productivity (0.21 g.L-1.h-1), but also in the HA productivity (0.10 g.L-1.h-1), However, the HA and cell yields from glucose were lower. The combination of these results relates the higher direction of the carbon source to the HA synthesis at the expenses of the cell growth to a microbial response to the acid stress observed in non-controlled pH. An analysis of the metabolic flux distribution in the environmental conditions studied shows that the changes in the HA production pathway were more related to die distributions of duxes 10 the precursors of HA synthesis than to the energy availability (ATP) or redox slate (NADH/NAD+) of the cells. The total supplementation of the culture medium with ions was beneficial to die cell growth. However, if did not have any influence on the HA production. Moreover, the results showed that the HA quality may be modulated through the mineral ion supplementation. The rheological properties of HA with low protein content (0.44 g.g-1) and average molecular weight of 4.0 x 106 Da showed the high entanglements density of the HA chains due to the high storage modulus concentration dependence as well as to the complex viscosity deviations with respect to the Cox - Merz rule. Alternative media containing agricultural resources derivates were studied. The higher HA concentrations were produced in media whose organic nitrogen source was yeast extract. This set of results contributes not only to the optimization of the HA production, but also to a better understanding of the Streptococcus zooepidemicus metabolism. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Doutor em Engenharia Química