Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-11-21T03:20:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348718.pdf: 4417703 bytes, checksum: 9a54503b0a8f2c00ba306220a1d48e10 (MD5) Previous issue date: 2017 / Ostras (Crassostrea gigas) são ricas em compostos orgânicos voláteis, que compõem o aroma característico do produto, e quando processadas parte desses compostos aromáticos são transferidos para água de cozimento. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o processo de pervaporação para recuperar os compostos orgânicos voláteis da água de cozimento de ostras. Bateladas de 7 kg de ostras frescas foram limpas em água corrente, em seguida cozidas a 100 °C por 10 minutos, para a abertura das conchas. A água do cozimento foi resfriada à temperatura ambiente, e congelada a 18 °C até a determinação dos compostos orgânicos voláteis por microextração em fase sólida do headspace (HS-SPME) e dos ensaios de pervaporação. Para o HS-SPME foi avaliado o melhor recobrimento da fibra e foram otimizadas, a partir de um planejamento experimental fatorial rotacional completo 2³ e quadruplicata no ponto central, a temperatura de extração, o tempo de extração e o tempo de dessorção. A fibra recoberta com polidimetilsiloxano e carboxeno (PDMS/CAR) apresentou o melhor desempenho com relação a área total dos compostos extraídos. A temperatura de extração e tempo de dessorção apresentaram efeito significativo negativo (p<0,05), o tempo de absorção não apresentou efeito neste mesmo nível de significância e foi determinado que os componentes estudados no processo de pervaporação seriam o triclorometano, hexanal, benzaldeído e 1-octen-3-ol..Em seguida, foi realizada pervaporação, em estado estacionário dos compostos orgânicos voláteis da solução real de água de cozimento de ostras, e em regime transiente de solução modelo contendo 10 mg mL-1 de triclorometano, hexanal, benzaldeído e 1-octen-3-ol. Para a solução real de água de cozimento de ostras, os componetes triclorometano e hexanal sofreram pouca influência da temperatura de alimentação, enquanto o benzaldeído e o 1-octen-3-ol apresentaram maiores fatores de enriquecimento em temperaturas de 30 °C e 40 °C. Os componentes estudados apresentaram maiores fatores de enriquecimento em pressões de permeado intermediárias, dentre as estudadas. Sendo assim, o processo de pervaporação apresentou-se como uma alternativa para a recuperação de compostos orgânicos voláteis na indústria de alimentos. / Abstract : Oysters (Cassostrea gigas) are rich in volatile organic compounds, which compose the characteristic aroma of the product, and when processed part of these aromatic compounds are transferred to boling water. Therefore, the aim of this work was to evaluate to recover the volatile organic compounds by pervaporation process from boiling water of oyster. 7 kg fresh oysters were cleaned in water, then cooked at 100 °C for 10 minutes, to shucked shells. Boiling water was cooled to room temperature, and frozen at 18 °C until determination of the volatile organic compounds by solid phase microextraction of the headspace (HS/SPME) and the pervaporation tests. For the HS/SPME the best coating of the fiber was evaluated and were optimized, from a complete experimental rotational factorial design 2³ and quadruplicate at the central point, the extraction temperature, the extraction time and the desorption time. Fiber coated with polydimethylsiloxane and carboxene (PDMS/CAR) presented the best performance in relation to the total area of the extracted compounds. The extraction temperature and the desorption time had a significant negative effect (p <0.05), the extraction time had no effect at this same level of significance and it was determined that the components studied in the pervaporation process would be trichloromethane, hexanal, benzaldehyde and 1-octen-3-ol. Then, the steady-state pervaporation of the volatile organic compounds of the actual boiling water of oysters solution was carried out and, in a transient solution of the model solution containing 10 mg mL-1 of trichloromethane, hexanal, benzaldehyde and 1-octen-3-ol. For the actual solution of oyster cooking water, trichloromethane and hexanal components had low influence on feed temperature, while benzaldehyde and 1-octen-3-ol showed higher enrichment factors at temperatures of 30 °C and 40 °C. The components studied presented higher enrichment factors at intermediate permeate pressures, among those studiedThus, the pervaporation process was presented as an alternative for the recovery of volatile organic compounds in the food industry.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-11-21T03:21:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348716.pdf: 3078057 bytes, checksum: 473b0fe5b7978df63150e822ad4950cd (MD5) Previous issue date: 2017 / O tratamento de águas residuais é uma importante etapa na indústria de alimentos devido à grande quantidade de água utilizada nos processos. Dentre as águas residuais geradas pelas indústrias, o tratamento dos efluentes oleosos é um inevitável desafio. Observando este cenário, os processos de separação com membranas (PSM) aparecem como uma tecnologia atraente no tratamento de efluentes oleosos pois apresentam alta seletividade, facilidade de escalonamento, flexibilidade de operação e baixa demanda energética. No entanto, um dos maiores problemas enfrentados por esta tecnologia é a redução da permeabilidade causada pela polarização por concentração e a incrustação da membrana. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver e avaliar melhorias em membranas de microfiltração para aplicação no tratamento de águas residuais oleosas. A melhoria do desempenho do processo de microfiltração foi realizada pela modificação da superfície da membrana (MSM), tornando membranas hidrofóbicas em superhidrofílicas pela utilização do método inspirado em mexilhão, mussel-inspired (MI), e da utilização de campos magnéticos (CM) como pré-tratamento da emulsão de óleo. Os ensaios de permeação foram realizados em sistemas de filtração convencional e tangencial pela permeação de emulsões de óleo de canola. As membranas utilizadas nos experimentos foram de microfiltração comerciais confeccionadas de poli(difluoreto de vinilindeno) (PVDF) com diferentes tamanhos de poro (0,1, 0,2 e 0,45 µm), modificadas ou não. As MSM foram realizadas com diferentes abordagens do método MI e diferentes concentrações de dopamina (DA) e polietilenoimina (PEI). Os efeitos das diferentes modificações foram avaliados em relação à hidrofilicidade, molhabilidade, resistência ao pH e no desempenho do processo de permeação das emulsões oleosas. O efeito da aplicação do campo magnético como estratégia anti-incrustação foi estudado pela permeação da emulsão oleosa tratada magneticamente pela circulação por 2 h em dispositivos geradores de campo magnético. Os parâmetros avaliados nas permeações foram a permeabilidade hidráulica inicial, o fluxo da emulsão de óleo de canola, a retenção da membrana e a permeabilidade hidráulica após os procedimentos de limpeza física e química. As membranas foram caracterizadas por diferentes técnicas como microscopia eletrônica e de força atômica, espectroscopia de infravermelho e de fotolelétrons excitados por raio-X e potencial zeta. As modificações da membrana hidrofóbicas pelas diferentes abordagens do método MI provaram ser eficientes para torná-las superhidrofílicas, adequadas para o tratamento de águas residuais oleosas. Por sua vez, o tratamento da emulsão oleosa com CM não alterou o desempenho das microfiltrações realizadas. / Abstract : Wastewater treatment is an important step in food industries due to large amount of water used in the processes. Among the effluents generated by industries, the oily wastewater is an inevitable challenge. In this scenario, membrane separation processes appear as an attractive technology in the oily wastewater treatment, due to their high selectivity, easy scale-up, operation flexibility and low energetic demand. However, one of the major drawbacks of this technology is the permeability reduction caused by concentration polarization and membrane fouling. In this context, the present work aimed to develop and evaluate improvements in microfiltration membranes for application in the oil removal of industrial wastewater. The improvement in performance of microfiltration was carried out by the membrane surface modification (MSM), turning hydrophobic membranes into superhydrophilic by a mussel-inspired (MI) method, and by pre-treatment of oil emulsion under a magnetic field (MF). The permeations assays were carried out by the permeation of canola oil emulsion in dead-end and cross-flow filtration systems. Commercial poly(vinylidene difluoride) (PVDF) microfiltration membranes with 0.1, 0.2 and 0.45-µm of pore size, modified or not, were used in the permeations assays. Different approaches of the MI method and different concentrations of dopamine (DA) and polyethyleneimine (PEI) were used in the MSM. The effects of the different modifications were evaluated by the hydrophilicity, wettability, pH resistance and the permeation performance of the oily emulsions. The magnetic field application as an antifouling strategy was studied by the permeation of the oil emulsion previously circulated through a magnetic field device for 2 h. The permeation performance was evaluated by the initial water permeability, flux of canola oil emulsion, membrane retention and the water permeability after the physical and chemical cleaning procedures. Membrane were characterized by atomic force and scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and zeta potential. The MSM by the different approaches proved be efficient to modify hydrophobic membranes into superhydrophilic, suitable for use in the treatment of oily wastewaters. In turn, the treatment of the oily emulsion with MF did not alter the microfiltration performance carried out.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:01:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337511.pdf: 1570735 bytes, checksum: a39aec59d5177ae487b2d40d8397e054 (MD5) Previous issue date: 2015 / A deterioração de alimentos devido à ação de microrganismos é um problema de grande importância que pode gerar grandes perdas econômicas para as indústrias. As bactérias ácido lácticas (BAL) estão entre os principais microrganismos deterioradores de alimentos, e dentre elas, a Weissella viridescens (anteriormente denominada Lactobacillus viridescens) é bastante conhecida por causar deterioração na superfície de carnes e produtos cárneos embalados a vácuo e em diferentes condições de armazenamento, mesmo em condições de refrigeração. A microbiologia preditiva é considerada uma importante ferramenta para descrever o crescimento microbiano em diferentes condições ambientais. Assim sendo, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar a capacidade preditiva de um modelo não isotérmico no crescimento de W. viridescens em meio de cultivo, em diferentes perfis de temperatura. Primeiramente o modelo primário de Baranyi e Roberts foi ajustado às curvas de crescimento, anteriormente obtidas no Laboratório de Engenharia Bioquímica (ENGEBIO), de W. viridescens em meio de cultura sob seis diferentes temperaturas isotérmicas (4 a 30 °C). Foram avaliados quatro modelos secundários para descrever a influencia da temperatura sobre os parâmetros de crescimento, que foi melhor descrita pelo modelo da raiz quadrada para o parâmetro µmáx. O modelo secundário para o parâmetro Ymáx foi considerado como a média dos valores obtidos experimentalmente, independente da temperatura, na faixa de temperatura estudada. Com base nos modelos selecionados, o modelo de Baranyi e Roberts (1994) foi utilizado para prever o crescimento de W. viridescens sob condições não isotérmicas. O modelo proposto foi validado com dados experimentais de W. viridescens em meio MRS, sob diferentes perfis de temperatura, envolvendo temperaturas acima da temperatura de refrigeração e simulando oscilações de temperatura em refrigeradores domésticos. Os resultados mostraram que o modelo preditivo estudado tem a possibilidade de ser utilizado para prever a vida útil de produtos cárneos cuja deterioração ocorra, principalmente, em consequência do crescimento de W. viridescens.<br> / Abstract : The food spoilage due to the action of microorganisms is a large problem that can cause economic losses to industries. The lactic acid bacteria (LAB) are one of the main spoilage microorganisms in foods, and among them Weissella viridescens (previously Lactobacillus viridescens) is well known to spoil meat surfaces and vacuum-packed meat products in different storage conditions, even under refrigerated conditions. The predictive microbiology is considered an important tool to describe the microbial behavior under different environmental conditions. Therefore, the aim of this study was evaluate the predictive ability of a non-isothermal model for growth W. viridescens in culture medium, under different temperature profiles. First, the primary model of Baranyi and Roberts was fitted at curve of the growth, previously obtained in Biochemical Engineering Laboratory, of W. viridescens in culture medium in six different isothermal temperatures (4 to 30 ° C). Were evaluated four secondary models to describe the influence of temperature on the growth parameters, which was best described by the model of the square root for µmáx parameter. The secondary model for the Ymax parameter was considered as the mean values obtained experimentally, independent of temperature, the temperature range studied. Based on the selected models, Baranyi and Roberts (1994) model was used to predict the growth of W. viridescens under non-isothermal conditions. The proposed model was validated with experimental data of W. viridescens growth in MRS medium under different temperature profiles involving temperatures above refrigeration temperature and temperature fluctuations in domestic refrigerators. The results showed that this predictive model has the possibility of being used to predict the shelf-life of meat products which deterioration occurs mainly as a result of W. viridescens growth.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:05:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337515.pdf: 2935273 bytes, checksum: c4a8eb296f355f5ea5994df6dd124dd7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Os Polihidroxialcanoatos (PHAs), com destaque para o Poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) e o Poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (P(3HB-co-3HV)), são poliésteres biodegradáveis, produzidos intracelularmente por muitos microrganismos. A bactéria Cupriavidus necator destaca-se por ser capaz de acumular mais de 80 % de sua massa seca em polímero e assimilar diferentes fontes de carbono. O custo de produção desses polímeros ainda é elevado e a utilização de substratos de baixo custo, como resíduos agroindustriais, aparece como alternativa para diminuição dos custos. Resíduos agroindustriais, entretanto, apresentam baixa ou moderada concentração de carbono, exigindo estratégias de cultivo como a batelada sequencial com reciclo externo de células para garantir a obtenção de processos com alta produtividade. Modelos estruturados, que levam em conta as reações metabólicas envolvidas no processo, têm tido utilização destacada em processos biotecnológicos como uma ferramenta na predição de condições de cultivo que maximizem a produção do produto. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de P(3HB) e P(3HB-co-3HV), por C. necator, utilizando substrato com baixa concentração de glicose e adição de ácido propiônico, em cultivos realizados em batelada sequencial com reciclo externo de células, conduzidos sob exaustão ou limitação de nitrogênio ao longo da fase de produção. Além disso, pretendeu-se desenvolver e validar um modelo fenomenológico estruturado, baseado na Análise de Fluxos Metabólicos (AFM), para auxiliar na compreensão do comportamento metabólico de C. necator e obter condições de processo que maximizem a produção de P(3HB), a partir de glicose, no sistema com reciclo externo de células. Os resultados mostraram que a alimentação de nitrogênio em concentração limitante durante a fase de produção, no sistema batelada sequencial com reciclo externo de células, aumentou a produtividade do processo, frente aos resultados obtidos a partir da exaustão de nitrogênio durante a fase de produção neste mesmo sistema. Na produção de P(3HB-co-3HV), verificou-se que a relação entre as unidades 3HV/3HB aumentou ao longo de toda a fase de produção. O modelo fenomenológico foi construído a partir de 17 metabólitos chave e 15 reações estequiométricas. Equações que descrevem a inibição pela concentração inicial de glicose e nitrogênio foram também consideradas no modelo. O modelo foi validado para diferentes estratégias de cultivo: batelada, batelada alimentada, batelada sequencial com e sem reciclo de células e alimentação de nitrogênio na fase de produção. Um cultivo em modo batelada sequencial com reciclo externo de células, alimentação de nitrogênio na fase de produção e concentrações iniciais de substrato não inibitórias foi realizado. A produtividade volumétrica (1,35 g.L-1.h-1) foi 35 % superior à obtida por Ienczak et al. (2015) que utilizaram sistema em batelada sequencial com reciclo de células. Estes resultados mostraram que a estratégia proposta no presente trabalho é eficiente na obtenção de alta densidade celular (86,3 gXt.L-1) e produtividade de processo, e que o modelo fenomenológico estruturado desenvolvido pode ser muito útil na predição de condições de maximização da produção de P(3HB) por C. necator, a partir de glicose.<br> / Abstract : Polyhydroxyalkanoates (PHAs), highlighting the Poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)) and the Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (P(3HB-co-3HV)), are biodegradable polyesters produced intracellularly by many microorganisms. The bacterium Cupriavidus necator stands out due its ability to accumulate more than 80 % of its dry mass in polymer and, assimilate different carbon sources. These biopolymers present high production cost and the utilization of low cost substrates, as agroindustrial wastes, is an alternative to reduce this cost. However, the agroindustrial wastes present moderate or low carbon concentration, requiring culture strategies as the repeated batch with external cell recycle to ensure the achievement of high process productivity. Structured models, which take into account the metabolic reactions involved in the process, have been largely applied in biotechnological process as a tool in predicting culture conditions that can maximize the product production. The aim of the present work was to evaluate the P(3HB) and P(3HB-co-3HV) production, by C. necator, using substrate with low glucose concentration and propionic acid addition, in repeated batch cultures with external cell recycle, conducted in exhaustion or limitation of nitrogen during the production phase. Also, it was intended to develop and to validate a structured phenomenological model, based in the Metabolic Flux Analysis (MFA), to help in the comprehension of the metabolic behavior of C. necator and in obtaining process conditions that maximize the P(3HB) production, from glucose, in the system with external cell recycle. The results showed that the limited nitrogen feeding during the production phase, in the repeated batch system with external cell recycle, increased the process productivity, compared to the results obtained from the nitrogen exhaustion during the production phase in the same system. In the P(3HB-co-3HV) production, it was verified that the relation between the 3HV/3HB units increased during all the production phase. The phenomenological model was built considering 17 key metabolites and 15 stoichiometric reactions. Equations that can describe the growth inhibition by the initial concentration of glucose and nitrogen were also considered in the model. The model was validated to different culture strategies: batch, fed batch, repeated fed batch with or without cell recycle and nitrogen feeding during the production phase. One repeated batch culture with external cell recycle, nitrogen feeding during the production phase, and not inhibitory initial glucose and nitrogen concentrations, was performed. The volumetric productivity (1.35 g.L-1.h-1) obtained was 35 % higher than the results reported by Ienczak et al. (2015), which applied a repeated batch system with external cell recycle. These results showed that the strategy proposed in the present work is efficient in obtaining high cell density (86.3 gXt.L-1) and process productivity, and, the phenomenological model developed can be useful in predicting conditions that maximize the P(3HB) production by C. necator, from glucose.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337512.pdf: 2894136 bytes, checksum: abdc6d1974e6daf602a1a4045c43bb2b (MD5) Previous issue date: 2015 / As bactérias ácido lácticas (BAL), Lactobacillus plantarum, Weissella viridescens e Lactobacillus sakei, estão entre as principais bactérias deteriorantes dos produtos cárneos refrigerados, embalados a vácuo e em atmosfera modificada e o conhecimento da cinética de crescimento, considerando a variação da temperatura, das culturas puras e da cultura mista dessas três BAL, possibilitam uma simulação das possíveis condições de contaminação que ocorrem nos produtos cárneos. O objetivo deste trabalho foi modelar o crescimento de BAL em cultura pura e mista sob condições isotérmicas e não isotérmicas de cultivo, em meio de cultura. Para a construção das curvas de crescimento das BAL foi estudada a associação dos métodos de plaqueamento e medidas de absorbância. Foram realizados testes com L. plantarum, referentes à influência de cinco diferentes concentrações de inóculo (de 103 a 107 UFC.mL-1) sobre a fase lag (?), a velocidade específica máxima de crescimento (µmáx) e o aumento logarítmico da população (A). O parâmetro ? foi o único influenciado pelo nível do inóculo, quando foi utilizado o método de absorbância, pois o seu limiar de detecção é de 106-107 UFC.mL-1. Para evitar o efeito observado sobre o ? foi utilizado um modelo de correlação entre os valores de absorbância e contagem por plaqueamento para converter a leitura de absorbância em UFC.mL-1 quando necessário. Esta associação de métodos foi validada com dados experimentais, possibilitando a obtenção de curvas de crescimento de BAL de forma confiável e menos trabalhosa. Utilizando-se o modelo de correlação definido, o crescimento isotérmico das culturas puras das BAL em meio de cultivo foi avaliado às temperaturas de 4, 8, 12, 16, 20 e 30 ºC e concentração inicial de inóculo de 103 UFC.mL-1. Os modelos de Baranyi e Roberts (BAR) e Gompertz (GO) foram ajustados às curvas de crescimento das três BAL e o modelo de BAR apresentou o melhor ajuste, sendo escolhido para determinar l, µmáx e população máxima atingida (Nmáx) das três BAL. Os modelos da raiz quadrada e tipo Arrhenius descreveram a influência da temperatura sobre µmáx e Nmáx das três BAL. O modelo da potência descreveu a influência da temperatura sobre l para L. plantarum e as demais bactérias não apresentaram fase lag. Em seguida, duas culturas mistas (CM) foram estudadas, CM 1 composta pela mistura das cepas das três BAL e avaliada nas temperaturas de 20 e 30 ºC, e CM 2 composta pela mistura das cepas de W. viridescens e L. sakei e avaliada na temperatura de 30 ºC. As curvas de crescimento de CM 1 e CM 2 foram construídas utilizando o método de contagem por plaqueamento em função do tempo e concentração inicial de inóculo de 103 UFC.mL-1. Os modelos de BAR e GO foram ajustados às curvas de crescimento de CM 1 e CM 2 e o modelo de BAR apresentou um ajuste ligeiramente melhor para estas duas culturas mistas nas duas temperaturas de incubação estudadas, sendo escolhido para a definição de ?, µmáx e Nmáx destas culturas. A variação da temperatura de incubação e o tipo de cultura mista utilizados influenciaram ? e µmáx, mas não foi observada alteração no Nmáx. Estes resultados geraram a hipótese de que a retirada de L. plantarum da CM 2 poderia ter provocado estas alterações em ? e µmáx. No entanto, a influência de L. plantarum no crescimento das outras duas bactérias não pode ser identificada pelo método de plaqueamento ou pelo método de medidas de absorbância, devido ao fato destas possuírem a mesma morfologia e com isso apresentam resultados idênticos quando são quantificadas pelos métodos convencionais. A partir disto, a técnica de reação em cadeia de polimerase quantitativa (qPCR) surge como uma alternativa para quantificar e diferenciar, individualmente, a cinética de crescimento de cada uma das BAL presentes na cultura mista. Contudo, não foi possível quantificar as BAL estudadas pela técnica de qPCR, pois não houve o tempo necessário para otimizar a técnica de acordo com as exigências deste trabalho. Finalizando, foram realizados cultivos não isotérmicos de L. plantarum e da CM 1 a fim de estudar o comportamento das BAL numa variação de temperatura. As curvas de crescimento não isotérmico foram construídas utilizando o método de contagem por plaqueamento em função do tempo. A predição do crescimento não isotérmico de L. plantarum, utilizando os modelos BAR e GO, foi desenvolvida para os perfis de temperatura crescente de 12 até 20 ºC e decrescente de 20 até 12 ºC. Já a predição do crescimento não isotérmico da CM 1, utilizando os modelos BAR e GO, foi desenvolvida para o perfil de temperatura decrescente de 30 até 20 ºC. O modelo não isotérmico de BAR apresentou melhor capacidade preditiva para os dois perfis de temperatura de L. plantarum e para o perfil de temperatura da CM 1 estudados. Na validação do crescimento não isotérmico da CM 1 evidenciou-se a possibilidade de duas espécies de BAL (W. viridescens e L. sakei) estarem predominando na cultura mista. A investigação desta hipótese poderia ser realizada através da técnica de qPCR. De acordo com todos os resultados apresentados, o crescimento das BAL foi fortemente influenciado pela temperatura de armazenamento e os modelos obtidos permitiram predizer o crescimento destas bactérias dentro da faixa de temperatura testada.<br> / Abstract : The lactic acid bacteria (LAB), Lactobacillus plantarum, Weissella viridescens and Lactobacillus sakei, are among the main spoilage bacteria of chilled meat products packaged in vacuum and modified atmosphere as well as the knowledge of the growth kinetics considering the variation of the temperature, pure cultures and mixed cultures of these three LAB enable a simulation of the possible conditions of contamination occurring in meat products. The objective of this study was to model the growth of LAB in pure culture and mixed under isothermal and non-isothermal conditions of cultivation in the culture medium. For the construction of the growth curves of LAB, the association of plate count methods and absorbance measurements was studied. Tests were carried out with L. plantarum, referring to the influence of five different inoculum concentrations (103-107CFU.mL-1) on the lag phase (?), the maximum specific growth rate (µmax) and the logarithmic increase in population (A). The parameter ? was the only influenced by the inoculum level when it was used the absorbance method because their detection threshold is 106-107 CFU.mL-1. To prevent the observed effect on ?, we used a model of correlation between the absorbance measurements and plate count methods for converting the absorbance measurements for CFU.mL-1 when necessary. This combination of methods has been validated with experimental data, making it possible to obtain growth curves of LAB reliable and less burdensome way. Using the defined correlation model, the isothermal growth of pure cultures of LAB in culture medium was evaluated at temperatures of 4, 8, 12, 16, 20 and 30 °C and initial inoculum concentration 103CFU.mL-1. The Baranyi and Roberts (BAR) and Gompertz (GO) models were adjusted to the growth curves of the three LAB and the BAR model showed the best fit, being chosen to determine l, µmax and maximum population (Nmax) of the three LAB. The models of the square root and Arrhenius type described the influence of temperature on µmax and Nmax the three LAB. The model power described the influence of temperature on ? to L. plantarum and other bacteria showed no lag phase. Then, two mixed cultures (CM) were studied, CM 1 composed of the mixture of the three strains LAB and evaluated in the 20 and 30 ºC, and CM 2 composed of the mixture of strains W. viridescens and L. sakei and evaluated the temperature 30 °C. Growth curves CM 1 and CM 2 were constructed using plate count method a function of time and initial inoculum concentration of 103CFU.mL-1. BAR and GO models were adjusted to the growth curves CM 1 and CM 2 and BAR model showed a slightly better fit for these two mixed cultures at both incubation temperatures studied, being chosen for the definition of ?, µmax and Nmax these cultures. The variation of incubation temperature and the type of mixed culture influenced ? used and µmax, but no change was observed in Nmax. These results led to the hypothesis that the removal of L. plantarum CM 2 could have caused these changes in ? and µmax. However, the influence on the growth of L. plantarum bacteria of the other two cannot be identified by the plate count method or absorbance measurements due to the fact that these have the same morphology and therefore have identical results when quantified by the conventional methods. From this, the reaction technique of quantitative polymerase chain reaction (qPCR) is an alternative for quantifying and differentiating individually, the growth kinetics of each LAB present in the mixed culture. However, it was not possible to quantify the LAB analyzed by qPCR, since there was not enough time, necessary to optimize the technique, according to the requirements of this study. Finally, non-isothermal growth were performed L. plantarum and CM 1 in order to study the behavior of BAL in a temperature range. The growth curves were constructed using non-isothermal plate count method a function of time. The prediction of the non-isothermal growth of L. plantarum, using the BAR and GO models, was developed for increasing temperature profile of 12 to 20 °C and decreasing to 20 to 12 °C. Since the prediction of growth of non-isothermal CM 1, using the BAR and GO model, was developed for the decreasing temperature profile of 30 to 20 °C. The non-isothermal BAR model showed better predictive ability for the two L. plantarum temperature profiles and the temperature profile of the CM 1 studied. Validation of non-isothermal growth of CM 1 showed the possibility of the two species of LAB (W. viridescens and L. sakei) being predominating in the mixed culture. The investigation of this hypothesis could be performed by qPCR technique. According to all presented results, the growth of LAB was strongly influenced by storage temperature and the obtained models enabled to predi growth of these bacteria within the tested temperature range.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2012-10-26T09:27:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308269.pdf: 3335644 bytes, checksum: c3b643175e12fdae0d9404a8196c68ca (MD5) / A presente tese buscou aprofundar a compreensão da interação entre processos longitudinais e ortogonais na definição do comportamento morfodinâmico do perfil praial. A pesquisa foi desenvolvida a partir do exemplo de sistemas praiais de diferente configuração planimétrica do litoral norte de Santa Catarina, Brasil, submetidos à incidência oblíqua de ondas de S/SE e ENE. A metodologia adotada incluiu: a análise de perfis de praia e da granulometria dos sedimentos da face praial; a propagação do regime de ondas; o estabelecimento do balanço de transporte sedimentar longitudinal, apoiado na calibração de equações empíricas com o uso de traçadores fluorescentes; a classificação do perfil praial baseada no parâmetro ômega e a análise de sua capacidade em prever o comportamento morfodinâmico de praias submetidas a um regime misto de ondas e correntes longitudinais. Os resultados obtidos apontaram a presença de dois domínios granulométricos e morfodinâmicos distintos na área de estudo, com o predomínio de areia média e estado morfodinâmico intermediário a reflectivo associado às praias mais expostas e de areia fina e comportamento dissipativo a intermediário nas praias mais protegidas. O modelamento do regime de ondas evidenciou a ocorrência de fluxo hidrodinâmico longitudinal dominante para norte, com intensidade modulada pelo grau de exposição das praias. Os experimentos com traçadores fluorescentes apontaram a equação de Kamphuis-1991 como a mais adequada para o estabelecimento do balanço sedimentar longitudinal na área de estudo. O balanço sedimentar confirmou a ocorrência de deriva litorânea resultante para norte, associada à incidência de ondas de quadrante sul. As taxas de transporte oscilaram entre 200.000 a 550.000m3/ano nas praias expostas e entre 20.000 a 200.000m3/ano nas praias mais protegidas. A pesquisa apontou o impacto da deriva litorânea resultante nos processos morfossedimentares praiais, com o aumento e redução das taxas de transporte entre setores adjacentes definindo, respectivamente, tendência erosiva e deposicional, resultando no incremento da granulometria média dos sedimentos no primeiro caso, e na redução do tamanho médio do grão, no segundo. A declividade da face praial acompanhou largamente a granulometria média e as oscilações no transporte sedimentar, mas os resultados apontaram a influência da interação entre processos ortogonais e longitudinais na determinação do parâmetro ao longo das praias. Nesse sentido, os resultados indicaram maior influência dos processos longitudinais no comportamento morfodinâmico do perfil praial nos setores praiais menos expostos, onde a capacidade previsional do parâmetro ômega foi limitada. Nos setores praiais mais expostos, o comportamento do perfil praial sugere maior interação entre processos ortogonais e longitudinais, com maior adequação do parâmetro ômega em prever o estado morfodinâmico da praia. Os resultados demonstraram a importância do transporte longitudinal para os processos morfossedimentares praiais em diferentes escalas espaço-temporais. A verificação de ajuste entre transporte sedimentar longitudinal e declividade da face praial em outros setores costeiros e em presença de maior espectro de energia permitirá avaliar o alcance da relação identificada no presente estudo, ampliando os horizontes analíticos relativos à configuração dos processos morfodinâmicos praiais e os subsídios científicos à gestão do estoque sedimentar costeiro

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:38:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301193.pdf: 2893950 bytes, checksum: 5aa76905a23d810034b176397c2d4017 (MD5) / O processamento de camarão gera um resíduo formado pela cabeça e carapaça do crustáceo. Este resíduo apresenta um grande potencial para agregação de valor mediante a extração da fração carotenoídica da matéria-prima. O método de extração usado para a obtenção de compostos a partir de uma matéria-prima natural é crítico para a definição da qualidade do produto final. Desta forma, o objetivo deste trabalho é estudar o aproveitamento do resíduo de processamento de camarão rosa (P. brasiliensis e P. paulensis) para a obtenção de extratos de alto valor agregado, avaliando a técnica de extração, atividade biológica dos extratos e o seu encapsulamento. A matéria-prima, obtida no mercado público de Florianópolis/SC/Brasil, foi submetida a diferentes pré-tratamentos como tratamento térmico, secagem e moagem, sendo que estes métodos combinados apresentaram a melhor recuperação da fração carotenoídica da matéria-prima. Subsequentemente, foi estudada a eficiência de extração de carotenóides de sistemas a baixa pressão. Como tecnologia alternativa de extração de carotenóides foi aplicada a extração supercrítica (ESC) nas condições de 313.15 e 333.15 K e de 100 a 300 bar, empregando CO2 puro como solvente. Como modificadores do CO2 foram utilizados hexano:isopropanol (50:50) e óleo de girassol (2 % e 5 %, m/m). A cinética e a modelagem da ESC foram avaliadas com diferentes vazões de CO2 e umidades da matéria-prima. Os resultados foram avaliados quanto ao rendimento de extração, o perfil quali/quantitativo de carotenóides, o rendimento em astaxantina, o perfil espectrofotométrico UV-Visível e no infravermelho médio (FTIR), o perfil de ácidos graxos e as atividades antioxidante, anti-obesidade e hipolipemiante dos diferentes extratos. Finalmente, foi realizada a co-precipitação de astaxantina em polímeros por tecnologia supercrítica utilizando CO2 como anti-solvente pelos métodos Anti-Solvente Supercrítico (SAS), onde foi investigado o efeito de variáveis do processo no tamanho, distribuição do tamanho e morfologia das partículas precipitadas, e SAS de emulsão (SFEE). A composição dos extratos obtidos a baixa pressão indicou a acetona e a solução hexano:isopropanol como os solventes de maior eficiência na extração de carotenóides. A eficiência da ESC de carotenóides aumentou com o aumento da massa específica do CO2 e o maior rendimento em astaxantina foi a 333.15 K/300 bar, usando CO2 puro. A análise de custos do processo sugere o emprego de um equipamento de 2 x 400 L e tempo de 25 min para um processo mais lucrativo. Maiores atividades antioxidantes foram obtidas para os extratos alcoólico e cetônico, dentre os sistemas a baixa pressão. Os extratos apresentaram alto conteúdo de ácidos graxos poli-insaturados, especialmente ?-3 EPA e DHA, e de compostos fenólicos. O extrato ESC (333.15 K/300 bar) a 50 mg/kg.d apresentou os melhores efeitos anti-obesidade (79-84 %) e hipotrigliceremiante. Os extratos Soxhlet promoveram as maiores reduções nos níveis de colesterol sérico. A eficiência do encapsulamento do extrato em Pluronic F127 através de SAS foi de até 74 %. Nano-emulsões processadas por SFEE apresentaram o melhor desempenho de encapsulamento e o menor tamanho de partícula. Todas as partículas produzidas por SAS e SFEE apresentaram melhor preservação de cor quando comparadas com o extrato não processado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2013-03-04T20:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304884.pdf: 2139412 bytes, checksum: 19fb266a9786b57f6223f33b9f48f701 (MD5) / Um dos principais fatores que afetam a estabilidade microbiana dos alimentos durante o armazenamento é a temperatura, cuja variação modifica a dinâmica do crescimento microbiano. O uso de modelos matemáticos que consideram variações da temperatura de armazenamento pode ser muito útil na predição da vida de prateleira de alimentos, sendo que na literatura há um grande número de modelos que podem ser usados para descrição do crescimento microbiano. Assim, o presente estudo avaliou a capacidade preditiva dos principais modelos primários e suas versões não-isotérmicas para o crescimento de Lactobacillus plantarum em meio MRS sob condições de temperatura variável. Dados experimentais do crescimento deste microrganismo em condições isotérmicas foram obtidos nas temperaturas de 4, 8, 12, 16, 20 e 30 °C, sendo usados para estabelecer os modelos primários e secundários. O crescimento de L. plantarum em condições não isotérmicas foi testado para três diferentes perfis (4 12 °C, 5 15 °C e 20 30 °C) com variação de temperatura a cada 12 horas. Os valores dos índices estatísticos RMSE, fatores bias e accuracy indicaram que todos os modelos avaliados fornecem predições seguras do crescimento deste microrganismo nas condições não-isotérmicas testadas (fatores bias maior que 1). A capacidade preditiva dos modelos em descrever o crescimento microbiano em condições não-isotérmicas depende muito do bom ajuste dos modelos primários e secundários. Em geral, não foi possível apontar um modelo com melhor capacidade preditiva para as condições não-isotérmicas testadas, embora o modelo Logístico modificado por Corradini e Peleg tenha apresentado melhores valores de RMSE, fatores bias e accuracy em relação aos outros modelos testados, enquanto o modelo de Huang apresentou predições mais distantes. Constatou-se também que a capacidade preditiva dos modelos é menor quando ocorrem variações bruscas de temperatura, especialmente para baixas temperaturas, pois os modelos não podem prever os complexos mecanismos de adaptação microbiana. Incorporar esses mecanismos nos modelos preditivos é um desafio a ser vencido. / One of the main factors affecting the microbial stability of foods during storage is temperature, whose variation changes microbial growth dynamics. The use of mathematical models which take storage temperature variations into account can be very useful in predicting the shelf life of foods. Lactobacillus plantarum can be considered one of the main lactic acid bacteria and has received researcher's attention in studies on meat products. The current study assessed the predictive ability of the main primary models and their non-isothermic versions for Lactobacillus plantarum growth in MRS medium under variable temperature conditions. Experimental data on this microorganism's growth in isothermic conditions were obtained at 4, 8, 12, 16, 20, and 30 °C, which were used to establish the primary and secondary models. L. plantarum growth in non-isothermic conditions was tested for three different profiles (4-12 °C, 5-15 °C, and 20-30 °C) with the temperature varying every 12 hours. The RMSE, bias factor, and accuracy factor values indicate that all models assessed provide safe predictions of the growth of this microorganism at the non-isothermic conditions tested (bias factor greater than 1). The predictive capacity of the models for describing the microbial growth in non-isothermal conditions largely depends on the good fit of the primary and secondary models. Overall, it was not possible to point out a model with the best predictive ability for non-isothermic conditions, although the modified logistic model by Corradini and Peleg had the best RMSE, bias factor, and accuracy factor values compared to the other models assessed, while Huang's model had the worst values. It was also seen that the predictive ability of the mathematical models is lower when there are abrupt temperature variations, mainly in lower temperatures, since the models cannot predict the complex microbial adaptation mechanisms. Incorporating these mechanisms into the predictive models is a challenge yet to be overcome.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:02:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314170.pdf: 2836177 bytes, checksum: 0709485c95024ac75a7b0cf3102e07b0 (MD5) / Este trabalho teve como objetivo a obtencao de tomate em po atraves do processo de secagem por Refractance Window®, utilizando um aparato em regime descontinuo com os principios do equipamento comercial. Os experimentos foram conduzidos com variacao da temperatura da agua de aquecimento (65, 75, 85 e 95 oC), da espessura da camada de espalhamento da polpa de tomate in natura (2 e 3 mm) e utilizando filme Mylar® transparente e pintado de preto. O menor tempo de secagem, para diminuir a umidade da polpa de 19 para 0.2 g agua/ g solido seco, foi de 15 minutos com o filme transparente, agua de aquecimento de 95 °C e espessura de espalhamento de 2 mm. O baixo teor de umidade dos pos e a atividade de agua em torno de 0.2 demonstraram ser favoraveis para a garantia da estabilidade dos pos. As isotermas de sorcao de umidade foram bem ajustadas pelo modelo de GAB com coeficientes de correlacao (R2) superiores a 0.99. Os pos apresentaram boas propriedades de solubilidade (86 a 94 %), tempo de instantaneizacao (3 a 11 segundos) e cor. Ao utilizar o filme Mylar transparente, os pos apresentaram intensa coloracao vermelha e menores valores de diferenca de cor (AE*), mesmo para as temperaturas de processo mais elevadas. Enquanto que para o filme pintado foi observada uma coloracao acastanhada nas temperaturas mais altas e um maior valor de AE*. As imagens termograficas foram capazes de demonstrar as fases da secagem e a evolucao da temperatura da polpa de tomate in natura durante o processo. A transmissividade do filme Mylar pintado foi aproximadamente zero para todos os comprimentos de onda, demonstrando que a tinta preta utilizada para pintar o filme foi capaz de bloquear a transmissao da radiacao infravermelha. Enquanto que o filme Mylar transparente apresentou picos de transmissao de IV nos comprimentos de onda em que a agua possui os maiores indices de emissao e absorcao dessa radiacao, porem a parcela transmitida nao ultrapassou os 50 %. O processo de secagem por RW tambem foi aplicado para a polpa de tomate industrializada. Foi observado que os pos reidratados apresentaram menor consistencia que a polpa original e uma coloracao semelhante, com um menor valor de AE*, indicando que a inativacao enzimatica aplicada as polpas de tomate industrializadas pode ter contribuido para a obtencao de pos de tomate com boas propriedades de reidratacao.<br> / Abstract : This work aimed to obtain tomato powder by Refractance Window® drying process, using a batch system apparatus with the commercial equipment principles. The experiments were conducted with variation of water temperature heating (65, 75, 85 and 95 oC), spreading fresh tomato pulp (thickness equivalent to 2 and 3 mm) and using transparent film and Mylar® film painted black. The shorter time of drying process to reduce the pulp moisture from 19 to 0.2 g water/ g dry solid was 15 minutes with the transparent film, 95 °C heating water and the thickness equivalent to 2mm. The low level of powders moisture and the water activity around 0.2 proved to be favorable for ensuring the powder stability. The moisture sorption isotherms were well fitted by the GAB model with correlation coefficients (R2) greater than 0.99. The powders showed good solubility properties (86 to 94%), instantisation time (3 to 11 seconds) and color. By using the transparent Mylar film, the powder showed intense red color and lower values of AE*, even for higher process temperatures. While the film painted was observed with brownish color at the higher temperatures and a higher value of AE*. The thermographic images were able to demonstrate the stages of drying process and temperature changing of the fresh tomato pulp during the process. The transmissivity of Mylar film painted was approximately zero for all wavelengths, showing that the black paint used was able to block the infrared radiation transmission. While the transparent Mylar film showed IR transmission peaks at the wavelengths where water has the highest rate of emission and absorption of this radiation, the portion transmitted has not exceeded 50%. The RW drying process was also applied to industrialized tomato pulp. It was observed that the rehydrated powders have lower consistency than the original pulp and similar color with a smaller value of AE*, that indicates the process of enzyme inactivation applied to industrialized tomato pulps may have contributed to obtain tomato powder with good rehydration properties.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:40:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 211456.pdf: 1879502 bytes, checksum: 25b4e9612a15e52f9a3acdf1ddbe6cc4 (MD5) / O objetivo deste trabalho foi otimizar o processo de cozimento de peito de frango, visando reduzir as perdas durante o processamento e a perda de peso durante o cozimento. Foram realizados estudos para a obtenção das melhores quantidades de salmoura, concentrações dos constituintes da salmoura, tempos de maturação e de cura a serem empregados no processamento de peito de frango, além do estudo destas variáveis na cinética de cura para esta matéria-prima. A avaliação destes resultados foi realizada aplicando-se a metodologia de superfície de resposta e, para a caracterização da qualidade da carne, foram analisados critérios como umidade, maciez e cor da carne. Verificou-se que os melhores rendimentos durante o cozimento foram obtidos com menores tempos de cura e menores quantidades de salmoura. A utilização das maiores concentrações dos constituintes da salmoura, cloreto de sódio, fosfato e dextrose, levaram aos maiores ganhos no processo de cura e menores perdas no cozimento para peito de frango. A solução analítica da segunda lei de Fick foi utilizada para calcular os coeficientes de difusão efetivos de cloreto de sódio e estimar o conteúdo de cloreto de sódio absorvido pela carne de peito de frango. Obteve-se boa concordância entre o modelo analítico considerado e os dados experimentais. As difusividades do cloreto de sódio na carne de peito de frango estiveram na faixa de 8.99x10-10 m2/s a 9.55x10-10 m2/s. Paralelamente, foram realizados experimentos para determinar as perdas no processo de estiramento, que tem por objetivo padronizar a espessura do peito de frango antes do seu cozimento. Foram verificados maiores rendimentos no cozimento quando utilizada uma esteira lisa no estiramento, aliado à posição das peças com a película virada para o lado liso da estiradeira. Foram realizados experimentos para determinar a influência da altura de empilhamento das peças nos contentores na perda de salmoura durante o processo de cura. As menores perdas de salmoura foram obtidas empregando-se contentores com divisória no meio.