As microalgas vêm despertando interesse no meio acadêmico e industrial, uma vez que apresentam elevado potencial biológico. A filtração e a coagulação são os métodos de concentração de biomassa que apresentam menor consumo energético. Como uma tecnologia emergente, a osmose direta tem mostrado grandes avanços e atraído crescente interesse na geração de energia, processamento de alimentos, entre outros. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é buscar alternativas de colheita de microalgas para a extração de carotenoides e lipídeos que associem baixo consumo energético, biodegradabilidade e garantia de integridade das células algais. Na primeira etapa foi realizada a pré-concentração da biomassa por coagulação, onde se analisou a eficiência de seis biopolímeros catiônicos diferentes: quitosana, nano-quitosana, três espécies de tanino e amido de batata. O amido catiônico, apesar de apresentar um grau de substituição de 0,00167, foi considerado ineficaz. Para a quitosana, as melhores condições foram: dosagem de 30 mg L-1, pH 7,5, tempo de 40 min de mistura e velocidade de 30 rpm. Para a nano-quitosana, dosagem de 20 mg L-1, pH 8,0, tempo de 20 min de mistura, velocidade de 30 rpm e tempo de sedimentação de 5 min. O extrato de tanino puro foi considerado ineficaz. Para o tanino catiônico, foi considerada ideal a dosagem de 110 mg L-1, não sendo necessário o ajuste de pH, tempo de 5 min de mistura e velocidade de 30 rpm. E o tanino sulfitado com uma dosagem de 80 mg L-1, sem necessidade de ajuste de pH, 5 min de mistura, velocidade de 30 rpm e sedimentação de 60 min. Na segunda etapa foi avaliada a filtração por osmose direta. A avaliação dos fluxos obtidos antes e após os experimentos de filtração mostrou que os mesmos não causaram modificações na membrana e a ocorrência de fouling não interferiu no processo. A quitosana obteve um aumento de fluxo de aproximadamente 2,8 ×, o tanino catiônico de 1,35 × e o tanino sulfitado de 1,31 ×. A nano-quitosana não apresentou aumento de fluxo. O processo combinado não apresentou alterações no teor de carotenoides totais nem no teor de lipídeos totais. As pré-concentrações com nano-quitosana e com tanino catiônico mostraram maior redução na energia de ligação, apresentando assim menor energia necessária para secagem nas etapas subsequentes. / Microalgae have attracted interest in academic community and industry, since they have great biological potential. Filtration and coagulation are the methods of biomass concentration that have the lowest energy consumption. As an emerging technology, forward osmosis has shown great progress and attracted growing interest in power generation, food processing, among others. Within this context, the main objective of this work is to seek alternatives for microalgae harvesting to carotenoid and lipids extraction that combine low energy consumption, biodegradability and integrity assurance of algal cells. In the first step, pre-concentration of biomass was performed by coagulation, where the effectiveness of six different cationic biopolymers was analyzed: chitosan, nano-chitosan, three species of tannin and potato starch. The cationic starch, despite having a degree of substitution of 0.00167 was considered ineffective. For chitosan, the best conditions were: dosage of 30 mg L-1, pH 7.5, mixing time of 40 min and stirrer speed of 30 rpm. For nano-chitosan, dosage of 20 mg L-1, pH 8.0, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 5 min. The extract of pure tannin was deemed ineffective. For cationic tannin, the dosage of 110 mg L-1 was considered ideal, pH adjustment is not necessary, mixing time of 5 min and stirrer speed of 30 rpm. And for sulfited tannin, dosage of 80 mg L-1, without pH adjustment, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 60 min. The evaluation of flows before and after the filtration tests showed that they didn’t cause changes in membrane and the occurrence of fouling didn’t interfere in the process. Chitosan obtained an increase of approximately 2.8 ×, cationic tannin of 1.35 × and sulfited tannin of 1.31 ×. Nano-chitosan didn’t show flow increase. The combined process showed no changes in carotenoid and lipid content. The pre-concentration with nano-chitosan e cationic tannin showed greater reduction in binding energy, thus presenting less energy for drying in subsequent steps.

As microalgas vêm despertando interesse no meio acadêmico e industrial, uma vez que apresentam elevado potencial biológico. A filtração e a coagulação são os métodos de concentração de biomassa que apresentam menor consumo energético. Como uma tecnologia emergente, a osmose direta tem mostrado grandes avanços e atraído crescente interesse na geração de energia, processamento de alimentos, entre outros. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é buscar alternativas de colheita de microalgas para a extração de carotenoides e lipídeos que associem baixo consumo energético, biodegradabilidade e garantia de integridade das células algais. Na primeira etapa foi realizada a pré-concentração da biomassa por coagulação, onde se analisou a eficiência de seis biopolímeros catiônicos diferentes: quitosana, nano-quitosana, três espécies de tanino e amido de batata. O amido catiônico, apesar de apresentar um grau de substituição de 0,00167, foi considerado ineficaz. Para a quitosana, as melhores condições foram: dosagem de 30 mg L-1, pH 7,5, tempo de 40 min de mistura e velocidade de 30 rpm. Para a nano-quitosana, dosagem de 20 mg L-1, pH 8,0, tempo de 20 min de mistura, velocidade de 30 rpm e tempo de sedimentação de 5 min. O extrato de tanino puro foi considerado ineficaz. Para o tanino catiônico, foi considerada ideal a dosagem de 110 mg L-1, não sendo necessário o ajuste de pH, tempo de 5 min de mistura e velocidade de 30 rpm. E o tanino sulfitado com uma dosagem de 80 mg L-1, sem necessidade de ajuste de pH, 5 min de mistura, velocidade de 30 rpm e sedimentação de 60 min. Na segunda etapa foi avaliada a filtração por osmose direta. A avaliação dos fluxos obtidos antes e após os experimentos de filtração mostrou que os mesmos não causaram modificações na membrana e a ocorrência de fouling não interferiu no processo. A quitosana obteve um aumento de fluxo de aproximadamente 2,8 ×, o tanino catiônico de 1,35 × e o tanino sulfitado de 1,31 ×. A nano-quitosana não apresentou aumento de fluxo. O processo combinado não apresentou alterações no teor de carotenoides totais nem no teor de lipídeos totais. As pré-concentrações com nano-quitosana e com tanino catiônico mostraram maior redução na energia de ligação, apresentando assim menor energia necessária para secagem nas etapas subsequentes. / Microalgae have attracted interest in academic community and industry, since they have great biological potential. Filtration and coagulation are the methods of biomass concentration that have the lowest energy consumption. As an emerging technology, forward osmosis has shown great progress and attracted growing interest in power generation, food processing, among others. Within this context, the main objective of this work is to seek alternatives for microalgae harvesting to carotenoid and lipids extraction that combine low energy consumption, biodegradability and integrity assurance of algal cells. In the first step, pre-concentration of biomass was performed by coagulation, where the effectiveness of six different cationic biopolymers was analyzed: chitosan, nano-chitosan, three species of tannin and potato starch. The cationic starch, despite having a degree of substitution of 0.00167 was considered ineffective. For chitosan, the best conditions were: dosage of 30 mg L-1, pH 7.5, mixing time of 40 min and stirrer speed of 30 rpm. For nano-chitosan, dosage of 20 mg L-1, pH 8.0, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 5 min. The extract of pure tannin was deemed ineffective. For cationic tannin, the dosage of 110 mg L-1 was considered ideal, pH adjustment is not necessary, mixing time of 5 min and stirrer speed of 30 rpm. And for sulfited tannin, dosage of 80 mg L-1, without pH adjustment, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 60 min. The evaluation of flows before and after the filtration tests showed that they didn’t cause changes in membrane and the occurrence of fouling didn’t interfere in the process. Chitosan obtained an increase of approximately 2.8 ×, cationic tannin of 1.35 × and sulfited tannin of 1.31 ×. Nano-chitosan didn’t show flow increase. The combined process showed no changes in carotenoid and lipid content. The pre-concentration with nano-chitosan e cationic tannin showed greater reduction in binding energy, thus presenting less energy for drying in subsequent steps.

A uva é uma fruta amplamente consumida em todo o mundo e importante fonte de compostos com atividade antioxidantes, principalmente compostos fenólicos. A operação mais tradicional de conservação de alimentos é pelo uso de calor, porém ele acarreta em alterações sensoriais e nutricionais do produto acabado. A utilização do bagaço de uva, resultante do processo de extração de suco, também tem demonstrado grande potencial para elaboração de produtos ricos em compostos com atividade antioxidante e fibras. Logo, estudos tecnológicos para o apropriado processamento industrial do suco de uva e de seus resíduos são necessários para incrementar o seu uso como componente funcional na indústria de alimentos. Os resultados sobre a concentração do suco de uva por osmose direta mostraram que o aumento da diferença de pressão osmótica, da vazão de alimentação e da temperatura acarretam em aumento do fluxo de água e sódio através da membrana. Também, foi observado que os fenômenos de polarização por concentração são fatores determinantes no desempenho do processo e podem ser minimizados pelo controle dos parâmetros de processo de osmose direta. Esse estudo mostrou que o suco concentrado por osmose direta não perde suas propriedades antioxidantes e não há redução da concentração de compostos fenólicos na bebida. Os resultados mostraram que há o aumento do teor de sódio de 0,9 mg L-1 para 1,75 mg L-1, quando o suco foi concentrado por osmose direta, porém esse aumento não acarreta em níveis altos para o consumo humano. Os resultados de secagem do bagaço de suco de uva mostram que maiores temperaturas e velocidades de ar de secagem implicaram em um processo de desidratação mais rápido. A retenção de compostos bioativos se mostrou maior em menores temperaturas. Em relação à velocidade do ar de secagem, a retenção da concentração dos compostos fenólicos totais foi maior quando foram utilizadas maiores fluxos de ar. Os flavonóis e flan-3-óis foram sensíveis ao aumento da velocidade de ar de secagem devido a degradações oxidativas. A atividade sequestrante de radicais ABTS aumentou no resíduo tratado a altas temperaturas, possivelmente devido à formação de produtos da reação de Maillard que também apresentam tal característica. A extração de compostos fenólicos do bagaço de suco de uva mostrou que grande parte de compostos fenólicos, principalmente taninos condensados, estão fortemente ligados na matriz do resíduo e não são facilmente extraíveis com solventes orgânicos. Além disso, esses compostos apresentam grande capacidade antioxidante, principalmente poder quelante de ferro. O estudo cinético de extração de compostos fenólicos e de antocianinas de bagaço de uva mostrou que o modelo de pseudo-primeira ordem foi o modelo que melhor representou a extração dos polifenóis. Em relação à estabilidade da farinha de bagaço de uva, os resultados mostraram que os compostos fenólicos e compostos com atividade sequestrante de radiais DPPH e de ferro se mostraram estáveis durante o armazenamento do produto a 25ºC por um período de 6 meses. Antocianinas e compostos com a atividade de sequestrar radiais ABTS se mostraram sensíveis à degradação durante o armazenamento. Foi observado que a farinha se mostrou livre de Salmonella sp., Bacillus cereus e coliformes fecais, havendo a necessidade de cuidados com o crescimento de bolores e leveduras durante a armazenagem. Finalmente, foram elaboradas massas tipo fettuccini, substituindo farinha de trigo por farinha de bagaço de uva, em que foi verificado que a adição do subproduto do suco de uva não interferiu na absorção de água e na perda de sólidos da massa durante o seu cozimento. Houve grande incremento de compostos fenólicos, antocianinas e de compostos com atividade antioxidante nos produtos adicionados de farinha de bagaço de uva, sendo a massa tipo fettuccini com melhor aceitação aquela em que se adicionou 2,5% do subproduto na sua preparação. Assim, farinha de bagaço de uva se mostra como um potencial componente funcional para ser utilizado tanto na indústria de alimentos quanto na agricultura familiar. / Grapes are widely consumed fruits throughout the world and important source of compounds with antioxidant activity, particularly phenolic compounds. The most traditional operation of food preservation is the use of heat, but it leads to changes on sensory and nutritional properties of the industrialized product. The use of grape pomace, resulting from the extraction of juice, has also shown great potential for development of products rich in compounds with antioxidant activity and fiber. So, technology studies to the propper industrial processing of grape juice and their waste ar essential to enhance the use of them as functional components in food and pharmaceutical industries. The results of the concentration of grape juice by forward osmosis showed that the concentration polarization phenomena are determining factors on process performance. Also, the study showed that the juice concentrated by FO does not degrade the compounds with antioxidant activity and does not change the nutritional properties of the beverage, despite of the small sodium transport for juice. The drying procedures of the grape marc show that higher temperatures and air velocity implied on a faster process of dehydration. The retention of bioactive compounds was greater at lower temperatures. In relation to the air velocity, the retention of the phenolic compounds was higher when higher values of air flows were used. Flavonols and flan-3-ols were sensitive to the increasing of the air velocity due to oxidative degradation. The ABTS-radical scavenging activity was increased when high temperatures were applied, possibly due to the formation of Maillard reaction products which also have this characteristic. The extraction of phenolic compounds from grape juice marc showed that most of the phenolic compounds, mainly tannins, are strongly linked in the matrix of residue and are not easily extractable with organic solvents. Furthermore, these compounds still have great antioxidant capacity, mainly iron chelating power, which shows the great potential of grape pomace be used in food applications, both in the form of phenolic extracts, as in the form of flour. The kinetics of extraction of phenolic compounds and anthocyanins in grape pomace showed that the model of pseudo-first order was the equation that best represented the extraction of polyphenols. Much of polyphenols is strongly linked to bagasse and not extracting solvent, as well as much of bioactive with antioxidant activity, reducing power and chelating activity is linked. In relation to the stability of the marc powder, the results showed that the phenolic compounds and compounds with DPPH radial and iron scavenging activity were stable during storage of the product at 25 ° C for a period of 6 months. Anthocyanins compounds with the capability of scavenging ABTS radicals were sensitive to degradation during storage. It was observed that the dried residue was free of Salmonella sp., Bacillus cereus and faecal coliforms, although it may be of great concern the growth of yeasts and molds during storage. The sorption isotherm curve of grape marc at 25 ° C had sigmoidal behavior, and the GAB model was the best equation to describe the experimental data. Finally, fettuccini type pastas were prepared, substituting wheat flour by grape marc powder. It was observed that the addition of the dried by-product did not interfere in water absorption capability and the solid loss of the past during cooking procedures. High enhance of the concentration of phenolic compounds, anthocyanins and compounds with antioxidant activity was observed in the blend added of grape marc powder, being the fettuccini pasta with better acceptance that in which it was added 2.5% of the residue to the preparation. These results so far show that grape pomace and the its phenolic extracts have great potential to be use as functional components in the food industry.

As microalgas vêm despertando interesse no meio acadêmico e industrial, uma vez que apresentam elevado potencial biológico. A filtração e a coagulação são os métodos de concentração de biomassa que apresentam menor consumo energético. Como uma tecnologia emergente, a osmose direta tem mostrado grandes avanços e atraído crescente interesse na geração de energia, processamento de alimentos, entre outros. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é buscar alternativas de colheita de microalgas para a extração de carotenoides e lipídeos que associem baixo consumo energético, biodegradabilidade e garantia de integridade das células algais. Na primeira etapa foi realizada a pré-concentração da biomassa por coagulação, onde se analisou a eficiência de seis biopolímeros catiônicos diferentes: quitosana, nano-quitosana, três espécies de tanino e amido de batata. O amido catiônico, apesar de apresentar um grau de substituição de 0,00167, foi considerado ineficaz. Para a quitosana, as melhores condições foram: dosagem de 30 mg L-1, pH 7,5, tempo de 40 min de mistura e velocidade de 30 rpm. Para a nano-quitosana, dosagem de 20 mg L-1, pH 8,0, tempo de 20 min de mistura, velocidade de 30 rpm e tempo de sedimentação de 5 min. O extrato de tanino puro foi considerado ineficaz. Para o tanino catiônico, foi considerada ideal a dosagem de 110 mg L-1, não sendo necessário o ajuste de pH, tempo de 5 min de mistura e velocidade de 30 rpm. E o tanino sulfitado com uma dosagem de 80 mg L-1, sem necessidade de ajuste de pH, 5 min de mistura, velocidade de 30 rpm e sedimentação de 60 min. Na segunda etapa foi avaliada a filtração por osmose direta. A avaliação dos fluxos obtidos antes e após os experimentos de filtração mostrou que os mesmos não causaram modificações na membrana e a ocorrência de fouling não interferiu no processo. A quitosana obteve um aumento de fluxo de aproximadamente 2,8 ×, o tanino catiônico de 1,35 × e o tanino sulfitado de 1,31 ×. A nano-quitosana não apresentou aumento de fluxo. O processo combinado não apresentou alterações no teor de carotenoides totais nem no teor de lipídeos totais. As pré-concentrações com nano-quitosana e com tanino catiônico mostraram maior redução na energia de ligação, apresentando assim menor energia necessária para secagem nas etapas subsequentes. / Microalgae have attracted interest in academic community and industry, since they have great biological potential. Filtration and coagulation are the methods of biomass concentration that have the lowest energy consumption. As an emerging technology, forward osmosis has shown great progress and attracted growing interest in power generation, food processing, among others. Within this context, the main objective of this work is to seek alternatives for microalgae harvesting to carotenoid and lipids extraction that combine low energy consumption, biodegradability and integrity assurance of algal cells. In the first step, pre-concentration of biomass was performed by coagulation, where the effectiveness of six different cationic biopolymers was analyzed: chitosan, nano-chitosan, three species of tannin and potato starch. The cationic starch, despite having a degree of substitution of 0.00167 was considered ineffective. For chitosan, the best conditions were: dosage of 30 mg L-1, pH 7.5, mixing time of 40 min and stirrer speed of 30 rpm. For nano-chitosan, dosage of 20 mg L-1, pH 8.0, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 5 min. The extract of pure tannin was deemed ineffective. For cationic tannin, the dosage of 110 mg L-1 was considered ideal, pH adjustment is not necessary, mixing time of 5 min and stirrer speed of 30 rpm. And for sulfited tannin, dosage of 80 mg L-1, without pH adjustment, mixing time of 20 min, stirrer speed of 30 rpm and sedimentation time of 60 min. The evaluation of flows before and after the filtration tests showed that they didn’t cause changes in membrane and the occurrence of fouling didn’t interfere in the process. Chitosan obtained an increase of approximately 2.8 ×, cationic tannin of 1.35 × and sulfited tannin of 1.31 ×. Nano-chitosan didn’t show flow increase. The combined process showed no changes in carotenoid and lipid content. The pre-concentration with nano-chitosan e cationic tannin showed greater reduction in binding energy, thus presenting less energy for drying in subsequent steps.

A uva é uma fruta amplamente consumida em todo o mundo e importante fonte de compostos com atividade antioxidantes, principalmente compostos fenólicos. A operação mais tradicional de conservação de alimentos é pelo uso de calor, porém ele acarreta em alterações sensoriais e nutricionais do produto acabado. A utilização do bagaço de uva, resultante do processo de extração de suco, também tem demonstrado grande potencial para elaboração de produtos ricos em compostos com atividade antioxidante e fibras. Logo, estudos tecnológicos para o apropriado processamento industrial do suco de uva e de seus resíduos são necessários para incrementar o seu uso como componente funcional na indústria de alimentos. Os resultados sobre a concentração do suco de uva por osmose direta mostraram que o aumento da diferença de pressão osmótica, da vazão de alimentação e da temperatura acarretam em aumento do fluxo de água e sódio através da membrana. Também, foi observado que os fenômenos de polarização por concentração são fatores determinantes no desempenho do processo e podem ser minimizados pelo controle dos parâmetros de processo de osmose direta. Esse estudo mostrou que o suco concentrado por osmose direta não perde suas propriedades antioxidantes e não há redução da concentração de compostos fenólicos na bebida. Os resultados mostraram que há o aumento do teor de sódio de 0,9 mg L-1 para 1,75 mg L-1, quando o suco foi concentrado por osmose direta, porém esse aumento não acarreta em níveis altos para o consumo humano. Os resultados de secagem do bagaço de suco de uva mostram que maiores temperaturas e velocidades de ar de secagem implicaram em um processo de desidratação mais rápido. A retenção de compostos bioativos se mostrou maior em menores temperaturas. Em relação à velocidade do ar de secagem, a retenção da concentração dos compostos fenólicos totais foi maior quando foram utilizadas maiores fluxos de ar. Os flavonóis e flan-3-óis foram sensíveis ao aumento da velocidade de ar de secagem devido a degradações oxidativas. A atividade sequestrante de radicais ABTS aumentou no resíduo tratado a altas temperaturas, possivelmente devido à formação de produtos da reação de Maillard que também apresentam tal característica. A extração de compostos fenólicos do bagaço de suco de uva mostrou que grande parte de compostos fenólicos, principalmente taninos condensados, estão fortemente ligados na matriz do resíduo e não são facilmente extraíveis com solventes orgânicos. Além disso, esses compostos apresentam grande capacidade antioxidante, principalmente poder quelante de ferro. O estudo cinético de extração de compostos fenólicos e de antocianinas de bagaço de uva mostrou que o modelo de pseudo-primeira ordem foi o modelo que melhor representou a extração dos polifenóis. Em relação à estabilidade da farinha de bagaço de uva, os resultados mostraram que os compostos fenólicos e compostos com atividade sequestrante de radiais DPPH e de ferro se mostraram estáveis durante o armazenamento do produto a 25ºC por um período de 6 meses. Antocianinas e compostos com a atividade de sequestrar radiais ABTS se mostraram sensíveis à degradação durante o armazenamento. Foi observado que a farinha se mostrou livre de Salmonella sp., Bacillus cereus e coliformes fecais, havendo a necessidade de cuidados com o crescimento de bolores e leveduras durante a armazenagem. Finalmente, foram elaboradas massas tipo fettuccini, substituindo farinha de trigo por farinha de bagaço de uva, em que foi verificado que a adição do subproduto do suco de uva não interferiu na absorção de água e na perda de sólidos da massa durante o seu cozimento. Houve grande incremento de compostos fenólicos, antocianinas e de compostos com atividade antioxidante nos produtos adicionados de farinha de bagaço de uva, sendo a massa tipo fettuccini com melhor aceitação aquela em que se adicionou 2,5% do subproduto na sua preparação. Assim, farinha de bagaço de uva se mostra como um potencial componente funcional para ser utilizado tanto na indústria de alimentos quanto na agricultura familiar. / Grapes are widely consumed fruits throughout the world and important source of compounds with antioxidant activity, particularly phenolic compounds. The most traditional operation of food preservation is the use of heat, but it leads to changes on sensory and nutritional properties of the industrialized product. The use of grape pomace, resulting from the extraction of juice, has also shown great potential for development of products rich in compounds with antioxidant activity and fiber. So, technology studies to the propper industrial processing of grape juice and their waste ar essential to enhance the use of them as functional components in food and pharmaceutical industries. The results of the concentration of grape juice by forward osmosis showed that the concentration polarization phenomena are determining factors on process performance. Also, the study showed that the juice concentrated by FO does not degrade the compounds with antioxidant activity and does not change the nutritional properties of the beverage, despite of the small sodium transport for juice. The drying procedures of the grape marc show that higher temperatures and air velocity implied on a faster process of dehydration. The retention of bioactive compounds was greater at lower temperatures. In relation to the air velocity, the retention of the phenolic compounds was higher when higher values of air flows were used. Flavonols and flan-3-ols were sensitive to the increasing of the air velocity due to oxidative degradation. The ABTS-radical scavenging activity was increased when high temperatures were applied, possibly due to the formation of Maillard reaction products which also have this characteristic. The extraction of phenolic compounds from grape juice marc showed that most of the phenolic compounds, mainly tannins, are strongly linked in the matrix of residue and are not easily extractable with organic solvents. Furthermore, these compounds still have great antioxidant capacity, mainly iron chelating power, which shows the great potential of grape pomace be used in food applications, both in the form of phenolic extracts, as in the form of flour. The kinetics of extraction of phenolic compounds and anthocyanins in grape pomace showed that the model of pseudo-first order was the equation that best represented the extraction of polyphenols. Much of polyphenols is strongly linked to bagasse and not extracting solvent, as well as much of bioactive with antioxidant activity, reducing power and chelating activity is linked. In relation to the stability of the marc powder, the results showed that the phenolic compounds and compounds with DPPH radial and iron scavenging activity were stable during storage of the product at 25 ° C for a period of 6 months. Anthocyanins compounds with the capability of scavenging ABTS radicals were sensitive to degradation during storage. It was observed that the dried residue was free of Salmonella sp., Bacillus cereus and faecal coliforms, although it may be of great concern the growth of yeasts and molds during storage. The sorption isotherm curve of grape marc at 25 ° C had sigmoidal behavior, and the GAB model was the best equation to describe the experimental data. Finally, fettuccini type pastas were prepared, substituting wheat flour by grape marc powder. It was observed that the addition of the dried by-product did not interfere in water absorption capability and the solid loss of the past during cooking procedures. High enhance of the concentration of phenolic compounds, anthocyanins and compounds with antioxidant activity was observed in the blend added of grape marc powder, being the fettuccini pasta with better acceptance that in which it was added 2.5% of the residue to the preparation. These results so far show that grape pomace and the its phenolic extracts have great potential to be use as functional components in the food industry.

A uva é uma fruta amplamente consumida em todo o mundo e importante fonte de compostos com atividade antioxidantes, principalmente compostos fenólicos. A operação mais tradicional de conservação de alimentos é pelo uso de calor, porém ele acarreta em alterações sensoriais e nutricionais do produto acabado. A utilização do bagaço de uva, resultante do processo de extração de suco, também tem demonstrado grande potencial para elaboração de produtos ricos em compostos com atividade antioxidante e fibras. Logo, estudos tecnológicos para o apropriado processamento industrial do suco de uva e de seus resíduos são necessários para incrementar o seu uso como componente funcional na indústria de alimentos. Os resultados sobre a concentração do suco de uva por osmose direta mostraram que o aumento da diferença de pressão osmótica, da vazão de alimentação e da temperatura acarretam em aumento do fluxo de água e sódio através da membrana. Também, foi observado que os fenômenos de polarização por concentração são fatores determinantes no desempenho do processo e podem ser minimizados pelo controle dos parâmetros de processo de osmose direta. Esse estudo mostrou que o suco concentrado por osmose direta não perde suas propriedades antioxidantes e não há redução da concentração de compostos fenólicos na bebida. Os resultados mostraram que há o aumento do teor de sódio de 0,9 mg L-1 para 1,75 mg L-1, quando o suco foi concentrado por osmose direta, porém esse aumento não acarreta em níveis altos para o consumo humano. Os resultados de secagem do bagaço de suco de uva mostram que maiores temperaturas e velocidades de ar de secagem implicaram em um processo de desidratação mais rápido. A retenção de compostos bioativos se mostrou maior em menores temperaturas. Em relação à velocidade do ar de secagem, a retenção da concentração dos compostos fenólicos totais foi maior quando foram utilizadas maiores fluxos de ar. Os flavonóis e flan-3-óis foram sensíveis ao aumento da velocidade de ar de secagem devido a degradações oxidativas. A atividade sequestrante de radicais ABTS aumentou no resíduo tratado a altas temperaturas, possivelmente devido à formação de produtos da reação de Maillard que também apresentam tal característica. A extração de compostos fenólicos do bagaço de suco de uva mostrou que grande parte de compostos fenólicos, principalmente taninos condensados, estão fortemente ligados na matriz do resíduo e não são facilmente extraíveis com solventes orgânicos. Além disso, esses compostos apresentam grande capacidade antioxidante, principalmente poder quelante de ferro. O estudo cinético de extração de compostos fenólicos e de antocianinas de bagaço de uva mostrou que o modelo de pseudo-primeira ordem foi o modelo que melhor representou a extração dos polifenóis. Em relação à estabilidade da farinha de bagaço de uva, os resultados mostraram que os compostos fenólicos e compostos com atividade sequestrante de radiais DPPH e de ferro se mostraram estáveis durante o armazenamento do produto a 25ºC por um período de 6 meses. Antocianinas e compostos com a atividade de sequestrar radiais ABTS se mostraram sensíveis à degradação durante o armazenamento. Foi observado que a farinha se mostrou livre de Salmonella sp., Bacillus cereus e coliformes fecais, havendo a necessidade de cuidados com o crescimento de bolores e leveduras durante a armazenagem. Finalmente, foram elaboradas massas tipo fettuccini, substituindo farinha de trigo por farinha de bagaço de uva, em que foi verificado que a adição do subproduto do suco de uva não interferiu na absorção de água e na perda de sólidos da massa durante o seu cozimento. Houve grande incremento de compostos fenólicos, antocianinas e de compostos com atividade antioxidante nos produtos adicionados de farinha de bagaço de uva, sendo a massa tipo fettuccini com melhor aceitação aquela em que se adicionou 2,5% do subproduto na sua preparação. Assim, farinha de bagaço de uva se mostra como um potencial componente funcional para ser utilizado tanto na indústria de alimentos quanto na agricultura familiar. / Grapes are widely consumed fruits throughout the world and important source of compounds with antioxidant activity, particularly phenolic compounds. The most traditional operation of food preservation is the use of heat, but it leads to changes on sensory and nutritional properties of the industrialized product. The use of grape pomace, resulting from the extraction of juice, has also shown great potential for development of products rich in compounds with antioxidant activity and fiber. So, technology studies to the propper industrial processing of grape juice and their waste ar essential to enhance the use of them as functional components in food and pharmaceutical industries. The results of the concentration of grape juice by forward osmosis showed that the concentration polarization phenomena are determining factors on process performance. Also, the study showed that the juice concentrated by FO does not degrade the compounds with antioxidant activity and does not change the nutritional properties of the beverage, despite of the small sodium transport for juice. The drying procedures of the grape marc show that higher temperatures and air velocity implied on a faster process of dehydration. The retention of bioactive compounds was greater at lower temperatures. In relation to the air velocity, the retention of the phenolic compounds was higher when higher values of air flows were used. Flavonols and flan-3-ols were sensitive to the increasing of the air velocity due to oxidative degradation. The ABTS-radical scavenging activity was increased when high temperatures were applied, possibly due to the formation of Maillard reaction products which also have this characteristic. The extraction of phenolic compounds from grape juice marc showed that most of the phenolic compounds, mainly tannins, are strongly linked in the matrix of residue and are not easily extractable with organic solvents. Furthermore, these compounds still have great antioxidant capacity, mainly iron chelating power, which shows the great potential of grape pomace be used in food applications, both in the form of phenolic extracts, as in the form of flour. The kinetics of extraction of phenolic compounds and anthocyanins in grape pomace showed that the model of pseudo-first order was the equation that best represented the extraction of polyphenols. Much of polyphenols is strongly linked to bagasse and not extracting solvent, as well as much of bioactive with antioxidant activity, reducing power and chelating activity is linked. In relation to the stability of the marc powder, the results showed that the phenolic compounds and compounds with DPPH radial and iron scavenging activity were stable during storage of the product at 25 ° C for a period of 6 months. Anthocyanins compounds with the capability of scavenging ABTS radicals were sensitive to degradation during storage. It was observed that the dried residue was free of Salmonella sp., Bacillus cereus and faecal coliforms, although it may be of great concern the growth of yeasts and molds during storage. The sorption isotherm curve of grape marc at 25 ° C had sigmoidal behavior, and the GAB model was the best equation to describe the experimental data. Finally, fettuccini type pastas were prepared, substituting wheat flour by grape marc powder. It was observed that the addition of the dried by-product did not interfere in water absorption capability and the solid loss of the past during cooking procedures. High enhance of the concentration of phenolic compounds, anthocyanins and compounds with antioxidant activity was observed in the blend added of grape marc powder, being the fettuccini pasta with better acceptance that in which it was added 2.5% of the residue to the preparation. These results so far show that grape pomace and the its phenolic extracts have great potential to be use as functional components in the food industry.

O consumo de cervejas não alcoólicas tem aumentado nos últimos anos devido, principalmente, às novas e restritivas leis de trânsito, às preocupações com a saúde ou por razões religiosas. Entre as estratégias de produção das cervejas não alcoólicas ou com baixo teor de álcool estão os processos de separação por membranas, alternativas de grande interesse na remoção do etanol de cervejas tradicionais, pois não promovem impacto térmico no produto. A osmose direta é uma técnica de membranas que tem passado por avanços significativos na última década, apresentando potencial de aplicação na remoção de etanol de soluções aquosas e, consequentemente, na obtenção de cervejas não alcoólicas. No entanto, até o momento, nenhum estudo relacionado à sua utilização na remoção de compostos orgânicos voláteis, como o etanol de soluções aquosas ou bebidas, é encontrado na literatura. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade da utilização da técnica de osmose direta para a esse fim. Em um primeiro momento, membranas comerciais de osmose direta foram caracterizadas de acordo com suas propriedades morfológicas, químicas e de desempenho hidráulico para que pudessem ser comparadas no restante do trabalho, que foi dividido em diversos estudos. Estes estudos avaliaram os efeitos de variáveis de operação sobre o desempenho do processo de remoção de etanol de soluções aquosas: a velocidade de escoamento, a temperatura, a concentração e o tipo do agente osmótico, o pH da solução osmótica e o tipo de membrana. Finalmente, um estudo efetivo sobre a desalcoolização completa de cerveja comercial foi realizado para suportar a aplicabilidade da técnica de OD. Os resultados mostraram que os parâmetros estudados possuem influência sobre as variáveis de resposta do processo, como fluxo permeado total, fluxo inverso de soluto e fluxo de etanol e que estes podem ser otimizados para aumentar o desempenho na desalcoolização. As características da cerveja sem álcool obtida no último estudo foram diferentes daquelas da cerveja tradicional com álcool e alguns motivos como elevado tempo de operação, baixa seletividade da membrana para compostos de aroma e alto fluxo inverso do agente osmótico foram responsáveis pelas alterações. O trabalho demonstrou que é possível utilizar a osmose direta para a remoção de etanol de soluções aquosas e, consequentemente, para a desalcoolização de cervejas. / The consumption of non-alcoholic beer has increased in the last years mainly due to the stricter traffic laws, to personal health concerns or even due to religious reasons. Among the strategies for production of non-alcoholic or low alcohol beers are the membrane separation processes. Membrane-based processes are alternatives of great interest for removing the ethanol from beer because low operating temperatures can be used, avoiding the thermal impact caused on the product by traditional thermal technologies. Forward osmosis (FO) is a membrane technology that has been significantly improved in the last decade, presenting a potential of application to ethanol removal from aqueous solutions and, consequently, for producing non-alcoholic beers. However, until now, no study related to the removal of ethanol from aqueous solutions or beverages using FO is found in the literature. In this context, the main objective of this doctorate thesis is to evaluate the possibility of using the forward osmosis technology for ethanol removal from beer and other aqueous solutions. Initially, commercial forward osmosis membranes were characterized according to morphological and chemical properties and to their hydraulic performance in order to be compared in the following work, which was divided in several studies. These studies evaluated the effects of operating parameters, such as the crossflow velocity, the osmotic solution temperature, concentration and pH, the osmotic agent characteristics, and the membrane characteristics on the performance of ethanol removal from aqueous solutions process. Finally, an effective study about beer dealcoholization was performed to support the applicability of the forward osmosis. Results showed that the studied parameters have influence on response variables such as total permeate flux, reverse solute flux and ethanol flux, and that these parameters can be optimized to enhance the dealcoholization performance. The characteristics of the dealcoholized beer obtained in the last study were different from that of traditional beer in the beginning of dealcoholization process and some reasons such as the prolonged experiment time, the low selectivity of the membrane to flavor compounds and high reverse osmotic agent flux were responsible for these significant changes. This thesis demonstrated that it is possible to take advantage of the forward osmosis technology to remove ethanol from aqueous solutions and consequently dealcoholize beer.

O consumo de cervejas não alcoólicas tem aumentado nos últimos anos devido, principalmente, às novas e restritivas leis de trânsito, às preocupações com a saúde ou por razões religiosas. Entre as estratégias de produção das cervejas não alcoólicas ou com baixo teor de álcool estão os processos de separação por membranas, alternativas de grande interesse na remoção do etanol de cervejas tradicionais, pois não promovem impacto térmico no produto. A osmose direta é uma técnica de membranas que tem passado por avanços significativos na última década, apresentando potencial de aplicação na remoção de etanol de soluções aquosas e, consequentemente, na obtenção de cervejas não alcoólicas. No entanto, até o momento, nenhum estudo relacionado à sua utilização na remoção de compostos orgânicos voláteis, como o etanol de soluções aquosas ou bebidas, é encontrado na literatura. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade da utilização da técnica de osmose direta para a esse fim. Em um primeiro momento, membranas comerciais de osmose direta foram caracterizadas de acordo com suas propriedades morfológicas, químicas e de desempenho hidráulico para que pudessem ser comparadas no restante do trabalho, que foi dividido em diversos estudos. Estes estudos avaliaram os efeitos de variáveis de operação sobre o desempenho do processo de remoção de etanol de soluções aquosas: a velocidade de escoamento, a temperatura, a concentração e o tipo do agente osmótico, o pH da solução osmótica e o tipo de membrana. Finalmente, um estudo efetivo sobre a desalcoolização completa de cerveja comercial foi realizado para suportar a aplicabilidade da técnica de OD. Os resultados mostraram que os parâmetros estudados possuem influência sobre as variáveis de resposta do processo, como fluxo permeado total, fluxo inverso de soluto e fluxo de etanol e que estes podem ser otimizados para aumentar o desempenho na desalcoolização. As características da cerveja sem álcool obtida no último estudo foram diferentes daquelas da cerveja tradicional com álcool e alguns motivos como elevado tempo de operação, baixa seletividade da membrana para compostos de aroma e alto fluxo inverso do agente osmótico foram responsáveis pelas alterações. O trabalho demonstrou que é possível utilizar a osmose direta para a remoção de etanol de soluções aquosas e, consequentemente, para a desalcoolização de cervejas. / The consumption of non-alcoholic beer has increased in the last years mainly due to the stricter traffic laws, to personal health concerns or even due to religious reasons. Among the strategies for production of non-alcoholic or low alcohol beers are the membrane separation processes. Membrane-based processes are alternatives of great interest for removing the ethanol from beer because low operating temperatures can be used, avoiding the thermal impact caused on the product by traditional thermal technologies. Forward osmosis (FO) is a membrane technology that has been significantly improved in the last decade, presenting a potential of application to ethanol removal from aqueous solutions and, consequently, for producing non-alcoholic beers. However, until now, no study related to the removal of ethanol from aqueous solutions or beverages using FO is found in the literature. In this context, the main objective of this doctorate thesis is to evaluate the possibility of using the forward osmosis technology for ethanol removal from beer and other aqueous solutions. Initially, commercial forward osmosis membranes were characterized according to morphological and chemical properties and to their hydraulic performance in order to be compared in the following work, which was divided in several studies. These studies evaluated the effects of operating parameters, such as the crossflow velocity, the osmotic solution temperature, concentration and pH, the osmotic agent characteristics, and the membrane characteristics on the performance of ethanol removal from aqueous solutions process. Finally, an effective study about beer dealcoholization was performed to support the applicability of the forward osmosis. Results showed that the studied parameters have influence on response variables such as total permeate flux, reverse solute flux and ethanol flux, and that these parameters can be optimized to enhance the dealcoholization performance. The characteristics of the dealcoholized beer obtained in the last study were different from that of traditional beer in the beginning of dealcoholization process and some reasons such as the prolonged experiment time, the low selectivity of the membrane to flavor compounds and high reverse osmotic agent flux were responsible for these significant changes. This thesis demonstrated that it is possible to take advantage of the forward osmosis technology to remove ethanol from aqueous solutions and consequently dealcoholize beer.

O consumo de cervejas não alcoólicas tem aumentado nos últimos anos devido, principalmente, às novas e restritivas leis de trânsito, às preocupações com a saúde ou por razões religiosas. Entre as estratégias de produção das cervejas não alcoólicas ou com baixo teor de álcool estão os processos de separação por membranas, alternativas de grande interesse na remoção do etanol de cervejas tradicionais, pois não promovem impacto térmico no produto. A osmose direta é uma técnica de membranas que tem passado por avanços significativos na última década, apresentando potencial de aplicação na remoção de etanol de soluções aquosas e, consequentemente, na obtenção de cervejas não alcoólicas. No entanto, até o momento, nenhum estudo relacionado à sua utilização na remoção de compostos orgânicos voláteis, como o etanol de soluções aquosas ou bebidas, é encontrado na literatura. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade da utilização da técnica de osmose direta para a esse fim. Em um primeiro momento, membranas comerciais de osmose direta foram caracterizadas de acordo com suas propriedades morfológicas, químicas e de desempenho hidráulico para que pudessem ser comparadas no restante do trabalho, que foi dividido em diversos estudos. Estes estudos avaliaram os efeitos de variáveis de operação sobre o desempenho do processo de remoção de etanol de soluções aquosas: a velocidade de escoamento, a temperatura, a concentração e o tipo do agente osmótico, o pH da solução osmótica e o tipo de membrana. Finalmente, um estudo efetivo sobre a desalcoolização completa de cerveja comercial foi realizado para suportar a aplicabilidade da técnica de OD. Os resultados mostraram que os parâmetros estudados possuem influência sobre as variáveis de resposta do processo, como fluxo permeado total, fluxo inverso de soluto e fluxo de etanol e que estes podem ser otimizados para aumentar o desempenho na desalcoolização. As características da cerveja sem álcool obtida no último estudo foram diferentes daquelas da cerveja tradicional com álcool e alguns motivos como elevado tempo de operação, baixa seletividade da membrana para compostos de aroma e alto fluxo inverso do agente osmótico foram responsáveis pelas alterações. O trabalho demonstrou que é possível utilizar a osmose direta para a remoção de etanol de soluções aquosas e, consequentemente, para a desalcoolização de cervejas. / The consumption of non-alcoholic beer has increased in the last years mainly due to the stricter traffic laws, to personal health concerns or even due to religious reasons. Among the strategies for production of non-alcoholic or low alcohol beers are the membrane separation processes. Membrane-based processes are alternatives of great interest for removing the ethanol from beer because low operating temperatures can be used, avoiding the thermal impact caused on the product by traditional thermal technologies. Forward osmosis (FO) is a membrane technology that has been significantly improved in the last decade, presenting a potential of application to ethanol removal from aqueous solutions and, consequently, for producing non-alcoholic beers. However, until now, no study related to the removal of ethanol from aqueous solutions or beverages using FO is found in the literature. In this context, the main objective of this doctorate thesis is to evaluate the possibility of using the forward osmosis technology for ethanol removal from beer and other aqueous solutions. Initially, commercial forward osmosis membranes were characterized according to morphological and chemical properties and to their hydraulic performance in order to be compared in the following work, which was divided in several studies. These studies evaluated the effects of operating parameters, such as the crossflow velocity, the osmotic solution temperature, concentration and pH, the osmotic agent characteristics, and the membrane characteristics on the performance of ethanol removal from aqueous solutions process. Finally, an effective study about beer dealcoholization was performed to support the applicability of the forward osmosis. Results showed that the studied parameters have influence on response variables such as total permeate flux, reverse solute flux and ethanol flux, and that these parameters can be optimized to enhance the dealcoholization performance. The characteristics of the dealcoholized beer obtained in the last study were different from that of traditional beer in the beginning of dealcoholization process and some reasons such as the prolonged experiment time, the low selectivity of the membrane to flavor compounds and high reverse osmotic agent flux were responsible for these significant changes. This thesis demonstrated that it is possible to take advantage of the forward osmosis technology to remove ethanol from aqueous solutions and consequently dealcoholize beer.