M. Tech. (Department of Biotechnology, Faculty of Applied and Computer Sciences), Vaal University of Technology / Solid-state fermentation (SFF) has emerged as a good method for the production of microbial enzymes such as inulinases. The use of low-cost agricultural plants and agro-industrial residues as substrates in SSF processes provides a value adding alternative to these otherwise under/or un-utilised vegetation. Production of inulinases, using various inulin-containing plant materials as carbon sources was studied using pure and mixed cultures of yeast strains. All substrates resulted in different levels of enzyme activity. A mixed culture of Kluyveromyces marxianus and Saccharomyces cerevisiae produced an extracellular exoinulinase when grown on different types of inulin-containing plant materials. Initial inulinase production was achieved as follows: 10 IU/gds (garlic cloves), 15 IU/gds (parsnips), 10 IU/gds (wheat bran) and 7 IU/gds (amadumbe) by K. marxianus and S. cerevisiae in a mixed culture. The production of inulinases by a mixed culture of K. marxianus and S. cerevisiae under SSF was further optimized by investigating initial moisture content, temperature, carbon source, nitrogen source, inoculum volume and inoculum ratio. The highest inulinase activity attained was in garlic cloves (85 IU/gds), followed by parsnips (65 IU/gds), wheat bran (37 IU/gds) and amadumbe (25 U/gds). The activities yielded 5.6 fold higher inulinase than in preliminary studies. The optimum pH and temperature of the crude enzyme were 5.0 and 50 oC, respectively. The pH and temperature stability of the enzyme was steady for 1 hour retaining about 64% activity. The average inulinase/invertase activity (I/S) ratio of 1.0 by crude inulinases was also observed after 48 hours. The crude extracellular enzyme extracts from the garlic cloves, parsnips, amadumbe and wheat bran were partially purified by ammonium sulphate precipitation and showed a specific activity of 9.03 U/mg, 0.08 U/mg, 4.12 U/mg and 0.133 U/mg respectively. The Km and Vmax values of the inulinase were 21.95 mM and 2.09 μM/min; 19.79 mM and 1.38 μM/min; 31.59 mM and 0.51 μM/min; and 25.74 mM and 0.23 μM/min, respectively. All extracts demonstrated potential for large-.scale production of inulinase and fructose syrup.

A elaboração e caracterização de sistemas tão complexos quanto alimentos não são temas que se esgotem ao longo de um único trabalho. Assim, tomando como ponto de partida o desenvolvimento de formulações para sorvetes, são apresentados os princípios gerais da criação e estabilização de um dos gêneros alimentícios mais apreciados n.o mundo todo. O primeiro capítulo aborda interações que ocorrem entre componentes de uso comum na maioria dos alimentos processados e, de modo específico, o papel desempenhado por cada um deles em formulações para sorvetes. São apresentadas características das matérias-primas especiais empregadas no desenvolvimento das formulações propostas, bem como fundamentos de reologia. Tratam-se os princípios gerais do fenômeno speckle, ferramenta bastante útil em caracterizações estruturais, porém ainda pouco explorada na área alimentícia. O segundo capítulo apresenta as formulações para sorvetes que foram elaboradas para este trabalho e os resultados de caracterizações físico-químicas tomadas sobre alguns dos ingredientes utilizados, bem como sobre os produtos finais desenvolvidos. O terceiro capítulo exibe os resultados das avaliações reológicas feitas em ingredientes e misturas formuladas para este estudo. A partir do perfil demonstrado pelos reogramas, interações microscópicas puderam ser cogitadas. Mostram-se também, imagens tomadas por um sistema de videomicroscopia acoplado ao reômetro (módulo Rheoscope), onde puderam ser observadas deformações estruturais em tempo real ocorridas com as amostras durante as avaliações. O quarto capítulo propõe uma nova metodologia de investigação estrutural na qual a análíse dos resultados gerados a partir de um fenômeno de interferência possibilita mapear a evolução da microestrutura de sorvetes ao longo do tempo, quando submetidos a diferentes condições de temperatura. / Elaboration and characterization of systems with high leveI of complexity as foods cannot discussed in an only study. In this work, from development of special ice cream formulations are presenteei the general principIes of creation and stabílízation of one of the most appreciated foodstuffs. In first chapter the interactions that occur among components of current/y use in processed foods and, in a specific manner, the role of each one in ice cream formulations. Characteristics of the special raw materiais employed in development of the proposed formulatíons are presenteei, as well fundamental concepts of rheological behavior. Also, general principies of speckle phenomenon are presented, a very useful tool to structural investigations in several systems, but few explored in food science and technology. In second chapter are presented the ice cream formulations that were elaborated by this research and the results of analysis of both composition and chemical properties taken on some ingredients as well in developed products. In third chapter are exhibited the results from rheological assessments performed in ingredients and formulated ice cream mixes. From rheological curves, microscopic interactions could be cogitated. Images taken by a system of microscopy connected to rheometer shown structural deformatíons in real time occurred with the samples during the evaluations. In fourth chapter is showed a new methodology of structural investigation in which the analysis of results obtained from interference phenomenon allow to generate a map of temporal evolution of ice creams along the time, at different temperature conditions.

A elaboração e caracterização de sistemas tão complexos quanto alimentos não são temas que se esgotem ao longo de um único trabalho. Assim, tomando como ponto de partida o desenvolvimento de formulações para sorvetes, são apresentados os princípios gerais da criação e estabilização de um dos gêneros alimentícios mais apreciados n.o mundo todo. O primeiro capítulo aborda interações que ocorrem entre componentes de uso comum na maioria dos alimentos processados e, de modo específico, o papel desempenhado por cada um deles em formulações para sorvetes. São apresentadas características das matérias-primas especiais empregadas no desenvolvimento das formulações propostas, bem como fundamentos de reologia. Tratam-se os princípios gerais do fenômeno speckle, ferramenta bastante útil em caracterizações estruturais, porém ainda pouco explorada na área alimentícia. O segundo capítulo apresenta as formulações para sorvetes que foram elaboradas para este trabalho e os resultados de caracterizações físico-químicas tomadas sobre alguns dos ingredientes utilizados, bem como sobre os produtos finais desenvolvidos. O terceiro capítulo exibe os resultados das avaliações reológicas feitas em ingredientes e misturas formuladas para este estudo. A partir do perfil demonstrado pelos reogramas, interações microscópicas puderam ser cogitadas. Mostram-se também, imagens tomadas por um sistema de videomicroscopia acoplado ao reômetro (módulo Rheoscope), onde puderam ser observadas deformações estruturais em tempo real ocorridas com as amostras durante as avaliações. O quarto capítulo propõe uma nova metodologia de investigação estrutural na qual a análíse dos resultados gerados a partir de um fenômeno de interferência possibilita mapear a evolução da microestrutura de sorvetes ao longo do tempo, quando submetidos a diferentes condições de temperatura. / Elaboration and characterization of systems with high leveI of complexity as foods cannot discussed in an only study. In this work, from development of special ice cream formulations are presenteei the general principIes of creation and stabílízation of one of the most appreciated foodstuffs. In first chapter the interactions that occur among components of current/y use in processed foods and, in a specific manner, the role of each one in ice cream formulations. Characteristics of the special raw materiais employed in development of the proposed formulatíons are presenteei, as well fundamental concepts of rheological behavior. Also, general principies of speckle phenomenon are presented, a very useful tool to structural investigations in several systems, but few explored in food science and technology. In second chapter are presented the ice cream formulations that were elaborated by this research and the results of analysis of both composition and chemical properties taken on some ingredients as well in developed products. In third chapter are exhibited the results from rheological assessments performed in ingredients and formulated ice cream mixes. From rheological curves, microscopic interactions could be cogitated. Images taken by a system of microscopy connected to rheometer shown structural deformatíons in real time occurred with the samples during the evaluations. In fourth chapter is showed a new methodology of structural investigation in which the analysis of results obtained from interference phenomenon allow to generate a map of temporal evolution of ice creams along the time, at different temperature conditions.