Orientador: Marcelo Cristianini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franchi_MarkAlexandrow_D.pdf: 824830 bytes, checksum: ccb9855f666c2957e1a870f8b369d4c9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A utilização de métodos inovadores de estabilização microbiológica em alimentos como alternativa ao método térmico tem se mostrado promissora para a obtenção do melhor compromisso entre segurança e qualidade. Alta pressão dinâmica e bioproteção são tecnologias inovadoras: alta pressão dinâmica (APD) ou homogeneização por ultra alta pressão (HUAP) utiliza-se de sistemas de compressão de fluido a pressões superiores a 100MPa, para então forçar o fluido através de uma estreita fenda causando brusca aceleração e forças de cisalhamento resultando na ruptura de células de microrganismos; bioproteção, por sua vez, consiste no emprego de substancias naturais ou produzidas a partir de fontes alimentícias com atividade antimicrobiana para a estabilização microbiológica de alimentos e processos. Concentrações inibitórias mínimas (MIC) de nisina, lisozima, extrato de lúpulo e sakacina foram medidas contra Lactobacillus brevis e delbruecki, Acetobacter aceti, Pediococcus sp. e duas cepas de leveduras selvagens. Nisina foi capaz de inibir o crescimento de Pediococcus sp (2,0 mg.L-1), L. brevis (3,0 mg.L-1) e L. delbruecki (0,8 mg.L-1), no entanto, o A. aceti não foi inibido até concentrações de 0,2 g.L-1. Lisozima inibiu L. delbruecki (1,0 mg.L-1) e exibiu uma inibição transitória sobre L. brevis (50 mg.L-1). Alta pressão dinâmica foi empregada sobre os mesmos microrganismos a pressões de 60, 100, 150, 250 MPa em cerveja (pH 4,5; 2,5oP; 4,7oGL). O valor de Dp, taxa de redução logarítmica do microrganismo mais resistente foi calculada. Um experimento de múltiplas passagens foi realizado a pressões subletais até 3 passagens pelo sistema. Todas as linhagens foram inativadas a pressões de até 250 MPa, mesmo em contagens iniciais altas da ordem de (106UFC/mL). L. delbruecki foi a linhagem mais resistente com um Dp de 38,9 MPa. No ensaio de múltiplas passagens pelo sistema foi observado que o efeito de tratamentos consecutivos resultou em um efeito aditivo, não tendo sido observado sinergismo ou antagonismo por seleção de bactérias resistentes. Foi avaliado o efeito da temperatura de entrada (6, 10, 20, 23, 30, 44, 50oC) e concentração de CO2 na cerveja (0; 0,5; 1,0 e 2,0 volumes a 25oC) na destruição de L. delbruecki, a 150 e 170 MPa. A temperatura de entrada causou um efeito positivo sobre a destruição e 3 ciclos logarítmicos de diferença no número de reduções decimais foi observado entre 6 e 50°C. Por sua vez, a concentração de CO2 causou um efeito negativo sobre a destruição. Lactobacillus brevis, um dos microrganismos mais resistentes ao tratamento de cerveja por alta pressão, foi utilizado nos estudos de efeito combinado entre alta pressão dinâmica e bioproteção, uma vez que L. delbruecki apresentou alta sensibilidade aos antimicrobianos. A inibição pela lisozima foi transitória e a adição de 50 mg.L-1 foi capaz de reduzir um ciclo logarítmico da contagem após duas horas de contato. O tratamento por alta pressão dinâmica da suspensão de L.brevis resultou em uma redução de sete ciclos logarítmicos a 200 MPa. Lisozima mostrou-se resistente ao processo APD, não perdendo atividade enzimática ou antimicrobiana até a pressão de 200 MPa. Um tratamento combinado utilizando 50 mg.L-1 e APD (150 a 170 MPa) resultou em uma redução de 6 ciclos logarítmicos estabilizando a contagem após o tratamento por uma semana em tampão fosfato, a temperatura ambiente (25°C). L. brevis foi inoculado a seguir em cerveja a uma concentração de 106 UFC/mL, em presença de 100mg.L-1 de lisozima e reservado por uma hora. A suspensão foi dividida em alíquotas e cada uma tratada por alta pressão dinâmica a 100 e 140 MPa. A contagem de viáveis em cada uma das etapas mostrou que a lisozima promoveu uma destruição de um ciclo seguida de um e quatro ciclos logarítmicos devido ao tratamento por alta pressão a 100 e 140 MPa, respectivamente. Uma completa redução da carga inicial foi observada ao final de 10 dias a temperatura ambiente em cerveja nas amostras tratadas por pressão. Nisina por si só provou ser um bioprotetor eficaz no controle de Lactobacillus em cerveja, e mostrou-se resistente ao processo de alta pressão. O efeito do processo de alta pressão dinâmica sobre a qualidade da cerveja foi avaliado. Cerveja tipo pilsen, não filtrada e não estabilizada físico-quimicamente foi submetida ao tratamento por alta pressão entre 100 e 300 MPa. Foi medida a cor e turbidez segundo os padrões Cie L*a*b* e ASBC/Hunterlab. Foi realizado um teste de vida útil por 100 dias após tratamento de cerveja a 250 MPa, medindo-se o potencial óxido redutor, a turbidez e cor (ASBC), periodicamente (aproximadamente mês a mês). Os resultados mostraram que o processo foi efetivo na retenção da cor mas a turbidez foi aumentada em 5 vezes em tratamentos a pressão de 300 MPa. Também o teste de vida útil resultou em boa retenção da cor durante o período e do potencial de óxido redução, mas a turbidez aumentou a 140 FTU (Formazin Turbidity Units) em um mês e um precipitado foi formado. Alta pressão dinâmica provou ser um método eficiente na estabilização microbiológica de cervejas, e pode ser eficientemente associada a outros métodos de controle como a bioproteção. Se por um lado microrganismos Gram negativos foram resistentes aos bioprotetores utilizados, esses se mostraram mais susceptíveis ao tratamento por alta pressão tornando os métodos combinados complementares. Novos trabalhos devem ser realizados com cerveja filtrada e estabilizada físico-quimicamente, para se avaliar se a redução de pressão devido à combinação de tratamentos resultaria em produtos com boa qualidade, principalmente no que se refere à turbidez / Abstract: The use of novel microbial stabilization techniques as alternatives to thermal treatments are promising solutions for a compromise between quality and safety. As such, dynamic high pressure and biopreservation are novel techniques: dynamic high pressure (DHP or ultra high pressure homogenization (UHPH) is a technology that uses fluid compression to reach pressures higher than 100 MPa in order to acceleratethe passage of the fluid through a narrow gap, causing shear and stress to the microorganism cell structure and resulting in cell disruption; biopreservation consists in the employment of naturally occurring or biologically produced substances with antimicrobial activity in order to impart microbiological stability to a food product or food manufacturing process. This work aimed to evaluate the use of dynamic high pressure treatment and biopreservation to achieve microbial stability in lager beer. Minimum inhibitory concentrations (MIC) of nisin, lysozyme, hop aroma extract and sakacin were measured against two wild yeast strains from a brewery. Nisin was able to inhibit the growth of Pediococcus sp (2.0 mg.L-1), L. brevis (3.0 mg.L-1) and L. delbruecki (0.8 mg.L-1), although the wild yeasts and A. aceti were not inhibited up to 0.2 g.L-1. Lysozyme inhibited L. delbruecki (1.0 mg.L-1) and showed a transitory inhibition of L. brevis (50 mg.L-1). None of the biopreservatives inhibited the wild yeasts. High dynamic pressure was applied to the same strains at 60, 150, 100, 250 MPa in beer (pH 4.5, 2.5oP, 4.7oGL). The logarithmic number of reductions rate (Dp) was calculated. A multiple pass experiment was performed at sublethal pressures for up to 3 passes for the most resistant strain. All strains were totally inactivated at pressures of up to 250 MPa even at high initial counts (106CFU/mL). L. delbruecki was the most resistant strain. The Dp was 38.9 MPa. The multiple pass assays showed an additive effect, synergism or the selection of resistant bacteria not being observed. The effect of the inlet temperature (6, 10, 20, 23, 30, 44, 50oC) and CO2 content in beer (0, 0.5, 1.0 and 2.0 volumes at 25oC) on the destruction of Lactobacillus delbruecki by dynamic high pressure at 150 MPa and 170 MPa was evaluated: the inlet temperature showed a significant positive effect on the destruction of the strain and a 3 log destruction difference was observed between 6 and 50oC. The increase in concentration of CO2 showed a negative effect on the destruction. Lactobacillus brevis was used in the combination of high pressure and lysozyme assay, because it showed higher resistance to antimicrobials than L. delbruecki, and was the second microorganism in resistance to the high pressure treatment. The inhibition by lysozyme was transitory. Lysozyme alone, added at 50 mg.L-1 to the suspension, caused a reduction of 1 logarithmic cycle after two hours of contact. The DHP treatment against L. brevis resulted in a reduction of 7 log cycles at 200 MPa. Lysozyme was resistant to DHP, with no loss of muramidase activity until 200 MPa or significant loss of antimicrobial power. A combined treatment was applied using 50 mg.L-1 of lysozyme and a pressure between 150 and 170 Mpa. The somatic effect showed a reduction of about 6 logarithmic cycles and the L. brevis count remained stable after the pressure treatment for a week with the samples stored at room temperature (25oC). L. brevis was inoculated into beer (106 CFU.mL-1), containing 100 mg.L-1 of lysozyme, left for one hour and then treated by dynamic high pressure at 100 or 140 MPa. Samples were taken for survivor enumeration. Lysozyme promoted a destruction of one log cycle in L. brevis after one hour of contact and the subsequent DHP treatment reduced a further one log cycle and 4 log cycles at 100 and 140 MPa, respectively. The treated samples showed complete reduction of the initial load of microorganisms after 10 days of storage. Nisin alone proved to be useful in the control of Lactobacilli in beer, and was shown to be resistant to the high pressure treatment. The effect of the dynamic high pressure treatment was evaluated in the quality parameters of turbidity, colour and redox potential of Lager beer. Lager beer, unfiltered and not physico-chemically stabilized, was treated by dynamic high pressure from 100 to 300 MPa at 25oC. The colour and permanent turbidity were measured using the CieL*a*b* and ASBC/Hunterlab standards. The redox potential was determined by the indicator time test method for the 250 MPa treatments. Samples treated at 250 MPa were stored under ambient conditions for 100 days and the turbidity (ASBC), colour (ASBC) and redox potential value measured periodically. The results showed that the process was effective in retaining the beer colour, altough higher pressures (>200MPa) caused the turbidity to increase up to five fold (300 MPa). The storage results showed good colour stability and redox potential evolution, however the turbidity increased to 140 FTU in one month, and a precipitate formed. DHP proved itself to be a effective the method for microbial stabilization of beer, and can be effectively associated with other control methods, such as biopreservatives. Gram negative strains and wild yeasts although resistant to biopreservatives, were clearly sensitive to pressure treatment. Further work should be performed with filtered beer to evaluate if a reduction in the pressure due to the combined use of treatments would improve the quality with respect to turbidity, which was negatively affected by the dynamic high pressure treatment, and shown to be a major drawback / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Marcelo Cristianini / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:29:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tribst_AllineArtigianiLima_D.pdf: 1785489 bytes, checksum: 6848066190ebdb2206bd7329e40f6f35 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A homogeneização à alta pressão (HAP) é uma operação unitária capaz de alterar a conformação e, consequentemente a funcionalidade de polissacarídeos,proteínas e enzimas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da HAP na atividade e estabilidade de cinco enzimas comerciais com aplicação na indústria de alimentos (x-amilase de Aspergillus niger, protease neutra de Bacillus subtilis, b-galactosidase de Kluyveromyces lactis, amiloglicosidase de A. niger e glicose oxidase de A. niger). Para cada enzima, a atividade foi avaliada antes e após a HAP (até 200 MPa) em diferentes temperaturas e pH. Além disso, a reversibilidade dos efeitos do processo foi determinada indiretamente através da medida de atividade da enzima após um período de repouso. Os resultados de x-amilase demonstraram que a enzima é altamente estável ao processo de HAP (em pressões de até 150 MPa), independentemente do pH e temperatura de processo e da ausência de cálcio no tampão de diluição da enzima. Os resultados da b-galactosidase, por outro lado, mostraram que a enzima é pouco estável, apresentando redução da atividade (~30%) após HAP a 150 MPa quando processadas em pH não ótimo para atividade da enzima. Os resultados obtidos para a protease neutra, amiloglicosidase e glicose oxidase indicaram que o efeito da HAP foi dependente dos parâmetros utilizados no processo (pH, temperatura e pressão de homogeneização) e das condições utilizadas na medida de atividade (pH, temperatura e tempo de estocagem). Para estas três enzimas, significativos ganhos de atividade e/ou estabilidade foram observados para pelo menos uma das condições avaliadas, sendo que os mais importantes foram: (i) redução da temperatura ótima de atividade da protease neutra de 55 para 20ºC após HAP a 200 MPa, (ii) aumento da atividade da glicose-oxidase à 75ºC após HAP a 150 MPa, (iii) aumento da atividade residual entre 100 e 400% após armazenamento refrigerado de glicose-oxidase homogeneizada em diferentes pressões, (iv) aumento da atividade de amiloglicosidase à 80ºC após a HAP a 100 MPa. A reversibilidade das alterações observadas foi inferida pela avaliação da atividade da enzima após um período de repouso, sendo as alterações determinadas como reversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, amiloglicosidase) ou irreversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, b-galactosidase) em função dos parâmetros de processo. O efeito de processamentos sequenciais sobre a glicose oxidase, a protease e a amiloglicosidase também foi avaliado e os resultados demonstraram que, para a maioria das condições estudadas, a atividade da enzima se manteve igual à obtida após o primeiro ciclo de homogeneização ou apresentou uma redução. Uma exceção foram os resultados da glicose oxidase homogeneizada a 150 MPa por 3 vezes, que apresentou aumento de atividade de aproximadamente 150% em relação à enzima nativa. A partir dos resultados, conclui-se que o efeito da HAP é diferente para cada enzima e que as maiores alterações ocorrem em condições de atividade não ótima e para enzimas de estruturas mais complexas, como é o caso da glicose oxidase. Os resultados obtidos apresentam aplicação direta, para modificação e melhoria do desempenho de enzimas comerciais, e preenchem uma lacuna científica importante sobre o conhecimento dos efeitos do processo de HAP em enzimas / Abstract: High pressure homogenization (HPH) is a unitary operation capable to alter the conformation and, consequently, the functionality of polyssacharides, proteins and enzymes. This work aimed to study the HPH effects on activity and stability of five commercial enzymes intensively applied in food industry (x-amylase from Aspergillus niger, b-galactosidase from Kluyveromyces lactis, neutral protease from Bacillus subtilis, amyloglucosidase from A. niger and glucose-oxidase from A. niger). The activity of each enzyme was studied before and after HPH process (up to 200 MPa) at different temperatures and pH. Moreover, the process reversibility was indirectly determined by the activity measured after a rest period under refrigeration (8ºC).The results revealed that x-amylase was highly stable to HPH up to 150 MPa,independent on the pH or temperature used in the HPH process or the presence of calcium in buffer. On the other hand, the results of b-galactosidase indicated that enzyme was partially inactivated (~ 30%) after homogenization at 150 MPa when processed at non optimum pH. The HPH effects on neutral protease, amyloglucosidase (AMG) and glucose oxidase (GO) were dependent on the process parameters (pH, temperature and homogenization conditions) and the activity measurement conditions (pH, temperature and storage time). For these enzymes, it was observed activity and/or stability improvement after some process. The main improvements were: (i) change of the optimum temperature of neutral protease from 55 to 20ºC after HPH at 200 MPa, (ii) improvement of GO activity at 75ºC after HPH at 150 MPa, (iii) enzyme activity improvement between 100 and 400% after GO refrigerated storage, (iv) improvement on amyloglucosidase activity at 80ºC after HPH at 100 MPa. The reversibility of the HPH effects was evaluated after a rest period.The reversibility was dependent on the process parameters; but, in general, neutral protease, GO and AMG were reversible, while the results of neutral protease, GO and b-galactosidase were irreversible. The effects of sequential homogenization processes (sequential passes) on GO, AMG and neutral protease were evaluated and the results showed that the enzyme activity remained equal or reduced after 2 or 3 cycles of homogenization. An exception was the result obtained for GO homogenized at 150 MPa, which showed an activity improvement of 150% after three passes. The results evaluation of this research showed that HPH effects on enzymes were different for each enzyme. The main alterations occured at non optimum condition of enzyme activity and for enzymes with complex structure as the GO. The obtained results can be directly applied for improvement of enzyme industrial production. Also, the results enriched the scientific knowledge about the HPH effects on enzymes / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutora em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Marcelo Cristianini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:14:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinho_ClaudiaReginaGoncalves_D.pdf: 1041899 bytes, checksum: 4abceed910cac629edf241b164cb6d5c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade da aplicação do processo de homogeneização a ultra alta pressão (HUAP) no processamento de leite desnatado. Inicialmente verificou-se o efeito do processo de HUAP na inativação de Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua e Lactobacillus helveticus na faixa de 100 a 300 MPa. Amostras de leite desnatado foram inoculadas de modo a se obter contagens da ordem de 106-107 UFC/mL. Os ensaios referentes a cada um dos microrganismos foram realizados separadamente. Os resultados obtidos indicaram que pressões de 200, 250 e 260 MPa foram capazes de inativar totalmente as cargas inoculadas de Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua e Lactobacillus helveticus, respectivamente. Foi avaliado o efeito da HUAP na inativação de esporos de Bacillus stearothermophilus. As amostras foram inoculadas com cerca de 105 esporos/mL de leite. Os resultados demonstraram que pressões de até 300 MPa não foram capazes de causar qualquer redução nas contagens obtidas. Verificou-se também que o processo de homogeneização a ultra alta pressão não afetou de maneira significativa a resistência térmica dos mesmos (p<0,05). Avaliou-se ainda o efeito da utilização de temperaturas de entrada de 45°C e da aplicação de choque térmico (100°C por 15 minutos) antes de submeter as amostras ao processo de HUAP. Nestes ensaios novamente não foram observadas reduções nas contagens de esporos. Testou-se também o efeito de pressões da ordem de 300 MPa na inativação de esporos de Clostridium sporogenes. Mais uma vez não foi verificado qualquer efeito. A seguir, foram realizados testes de inativação das enzimas fosfatase alcalina, lactoperoxidase e da protease produzida por Pseudomonas fluorescens pelo processo de HUAP. Os resultados demonstraram que na faixa de pressões estudada (100 a 300 MPa) a máxima redução verificada na atividade enzimática da lactoperoxidase foi de 28,48% a 300 MPa. Já a fosfatase alcalina apresentou reduções inferiores a 30% em sua atividade na faixa de pressões de 100 a 250 MPa e foi totalmente inativada por pressões iguais ou superiores a 270 MPa. A protease sofreu uma redução de 72,5% no valor de sua atividade nos processos a 300 MPa. Foram determinados os perfis de velocidade no interior da válvula do homogeneizador a ultra alta pressão na faixa de 100 a 300 MPa. Os resultados demonstraram que a velocidade é tanto maior quanto maior a pressão de homogeneização aplicada, sendo que a velocidade máxima obtida foi de 245 m/s na saída do gap da válvula no processo a 300 MPa. Finalmente foram avaliados as alterações de cor (L*a*b*) e viscosidade provocadas pelo processo de HUAP em amostras de leite cru desnatado. Os resultados indicaram que embora as variações nos parâmetros L*, a* e b* detectadas instrumentalmente tenham sido estatisticamente significativas (p<0,05) na maior parte dos casos testados, visualmente as mesmas são imperceptíveis. Com relação à viscosidade, apenas as amostras processadas a 300 MPa diferiram estatisticamente (p<0,05) das demais. Considerando-se os resultados obtidos neste trabalho, a tecnologia de processamento de leite por homogeneização a ultra alta pressão pode ser uma alternativa à indústria de laticínios para aumentar a vida de prateleira durante a estocagem de leite cru anterior a processos de produção de leite UHT, queijos, achocolatados e outros produtos na medida em que diminui consideravelmente as contagens de células vegetativas presentes e inativa parcialmente a protease produzida pelo microrganismo Pseudomonas fluorescens / Abstract: This work aimed to evaluate the use of ultra high pressure homogenization (UHPH) in skim milk processing. Firstly, the effect of UHPH process on inactivation of Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua and Lactobacillus helveticus at pressure range from 100 to 300 MPa was studied. Skim milk samples were inoculated in order to obtain 106-107 CFU/mL. Tests of each microorganism were carried out individually. Results showed that pressures of 200, 250 and 260 Mpa were able to inactivate all the 107 CFU/mL initially inoculated of Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua and Lactobacillus helveticus, respectively. UHPH effect on Bacillus stearothermophilus spores was also evaluated. Results demonstrated that pressures up to 300 MPa did not cause any reduction on spore counts. It was also verified that UHPH process did not affect in a significantly way (p<0.05) thermal resistance of spores. Effect of high inlet temperatures (45°C) was verified as well as application of thermal chock (100°C - 15min) before submitting samples to UHPH process. At these tests no reductions were observed again. UHPH effect on Clostridium sporogenes spores inactivation was tested. A pressure of 300 MPa was not able cause any reduction on spore counts. Alkaline phosphatase, lactoperoxidase and protease produced by Pseudomonas fluorescens inactivation by UHPH process was also studied. Results showed that at pressure range tested (100 to 300 MPa) maximum lactoperoxidase reduction activity was 28.48% at 300 MPa. Alkaline phosphatase, presented activity reductions smaller than 30% at pressures from 100 to 250 MPa but was totally inactivated at 270 MPa. A reduction of 72.5% on proteolitic enzyme activity was verified after processes at 300 MPa. Velocity profiles at ultra high pressure homogenization valve were determined using CFD (Computational Fluid Dynamics) from 100 to 300 MPa. It was demonstrated that velocity increases with homogenizing pressure. The maximum velocity value obtained was 245 m/s at the outlet of the valve gap during processes at 300 MPa. Finally, the effect of ultra high pressure homogenization process on color (L*a*b*) and viscosity of raw skim milk was studied. Pressures varied from 100 to 300 MPa. Results showed that although variations on L*, a* and b* parameters were statistically significant (p<0.05) at the majority of samples analyzed, visually this was not verified. Only viscosity of samples processed at 300 MPa differed in a statistically significant way from the others (p<0.05). Results from this work indicated that ultra high pressure homogenization processing of milk can be an alternative to dairy industry for increasing shelf life during storage of raw milk prior to production of UHT milk, cheese and other products as it reduces significantly vegetative cells counts and proteolysis due to the protease produced by Pseudomonas fluorescens / Doutorado / Mestre em Tecnologia de Alimentos