Orientador: Pilar Rodriguez de Massaguer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:11:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguesJunior_Salatir_D.pdf: 5567332 bytes, checksum: 70d0366fec71ac0d7df65013c7939248 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho teve por objetivo verificar o efeito da tensão de cisalhamento sobre os parâmetros cinéticos de inativação térmica (valores D e z) de Bacillus atrophaeus (antigo B. subtilis ATCC 9372), em suspensão aquosa pH 6,87. A fim de atingir esse objetivo, foi construído um reator de cisalhamento, capaz de aplicar tensões de cisalhamento de até 9,82Pa em temperaturas de pasteurização (90,5 a 96,2ºC ± 0,5ºC). Foi aplicado um Delineamento Composto Central Rotacional, com duas variáveis independentes ¿ Tensão de cisalhamento e Temperatura ¿ e valor D como variável resposta. Foram executados 12 experimentos, e o modelo obtido foi ¿Log (D) = 11,30 ¿ 1,104x10-1 T(ºC) ¿ 1,153x10-2 s(Pa)¿, com R² = 0,97, sendo os termos lineares das variáveis significativos a p < 0,1. Também foram determinados os valores D e z de B. atrophaeus na faixa de temperatura de pasteurização (92~97ºC), pelo método tradicional em tubos TDT (batelada), e usando dados cinéticos adquiridos de uma planta piloto HTST Microthermics (contínuo), em condições de tensão de cisalhamento similares àquelas aplicadas no reator. A fim de avaliar o processamento térmico contínuo aplicado na unidade HTST, foi usada a metodologia de determinação de processo equivalente conhecida como Paired Equivalent Isothermal Exposures ¿ PEIE (Welt et al., 1997). Os valores de z obtidos foram: 11,8ºC ± 1,56ºC pelo método TDT e 6,35ºC ± 0,35ºC no reator de cisalhamento e na primeira seção de retenção da unidade piloto HTST. Diversos autores reportaram mudanças nos parâmetros cinéticos de microrganismos, ao realizar a sua determinação por métodos em batelada (tubos TDT, ou capilar) e em processos contínuos. À semelhança desses autores, foi verificado que os valores D de B. subtilis foram significativamente (p<0.05) inferiores em todos os processos em que foi aplicado cisalhamento. A razão entre os valores D experimentais obtidos no reator de cisalhamento e os valores obtidos pelo modelo estimado pelo método TDT foi calculada, e variou entre 57% e 75%, indicando redução significativa na resistência térmica do microrganismo. Existe, portanto, potencial de aplicação industrial imediata deste tipo de sistema, a fim de causar a redução da resistência de esporos suspensos em líquidos sob processamento térmico, e levando a processos térmicos mais brandos / Abstract: This research aimed to determine the effect of temperature, and shear stress, on Bacillus atrophaeus (former B. subtilis ATCC 9372) spores suspended in sterile distilled water, pH 6.9. To achieve such objective, a Shear Reactor was developed to be capable of applying 9.82Pa shear stress, under pasteurization conditions (90,5 a 96,2ºC ± 0,5ºC). A Central Composite Design of experiments was used and it was composed by two independent variables ¿ Shear stress and Temperature ¿ and one response ¿ the D-value. Twelve experiments were performed, and the model obtained was ¿Log (D) = 11,30 ¿ 1,104x10-1 T(ºC) ¿ 1,153x10-2 s(Pa)¿, with R² = 0,97, and the linear terms statistically significant (p < 0,1). The D and z-values of B. atrophaeus were determined in the pasteurization range of temperature (92~97ºC), using the classical TDT tube method (batch method), and using kinetic data acquired in a Microthermics HTST pilot plant (continuous method), under shear stress conditions similar to shear reactor. The continuous thermal process was evaluated through the Paired Equivalent Isothermal Exposures ¿ PEIE ¿ method (Welt et al., 1997). The z-values obtained were: 11,8 ± 1,56ºC (TDT-method), and 6,35 ± 0,35ºC (Shear reactor and first retention section of the HTST pilot plant). Several authors reported changes in the kinetic parameters of microorganisms, when determining it through batch or continuous methods. Just like them, in this research it was verified that the D-values under shear stress process were statistically lower (p<0.05) than those in batch method (no shear). The ratio between experimental D values obtained in the shear reactor and those obtained from the TDT model was calculated and ranged between 57% and 75%, indicating a significant reduction of the microorganism¿s thermal resistance. Hence there is an immediate potential for industrial application of this kind of process since it causes the reduction of the resistance of spores in fluids under thermal process allowing for less aggressive thermal process / Doutorado / Doutor em Ciência 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

Orientadores: Marcelo Cristianini, Pedro Esteves Duarte Augusto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leite_ThiagoSoares_M.pdf: 1645658 bytes, checksum: 5cef9e21cdc929b63d32c29376a6edbc (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de laranja, sendo que a maior parte desta produção é destinada a fabricação do suco concentrado congelado (Frozen concentrated Orange Juice - FCOJ). Devido ao seu grande volume de exportação e sua alta consistência (viscosidade aparente), o conhecimento de suas propriedades reológicas se torna necessária para um melhor dimensionamento de equipamentos e processos. Na homogeneização a alta pressão (HAP), uma tecnologia de processamento não térmica, o produto é pressurizado e forçado a passar por um pequeno orifício aumentando drasticamente sua velocidade, fazendo a pressão diminuir para a atmosférica, causando forte cisalhamento e cavitação. Estes fenômenos causam alteração na estrutura de células e biopolímeros, impactando no tamanho das partículas e na maneira como se interagem, alterando assim, as características reológicas do produto. O presente trabalho se baseou na utilização desta tecnologia em FCOJ visando diminuição da sua consistência, e alteração de demais comportamentos reológicos, para gerar uma economia de energia em diversas operações unitárias como bombeamento, congelamento, transporte e estocagem. Reduções mesmo que pequenas na consistência possibilitam grande economia de energia devido aos grandes volumes de suco processado no Brasil. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da alta pressão de homogeneização (HAP) no comportamento reológico em estado estacionário (independente e dependente do tempo). Foram avaliados também, a energia de ativação de Arrhenius, comportamento reológico dinâmico (viscoelasticidade), distribuição de tamanho de partículas, microestrutura e cor do suco concentrado, bem como a estabilidade à sedimentação, turbidez e cor do produto reconstituído. Também foi verificada a influência do numero de ciclos de homogeneização nos comportamentos reológicos (estado estacionário) e tamanho de partícula do suco de laranja concentrado. A consistência do FCOJ foi reduzida com o aumento de pressão no processamento de HAP. Para processos a 150 MPa a viscosidade aparente reduziu para cerca de metade do valor original, a tixotropia e viscoelasticidade também tiveram suas magnitudes reduzidas. A energia de ativação de Arrhenius teve seu valor aumentado com a utilização de HAP, indicando que pequenas variações de temperatura acarretam em variações significativas nos valores de consistência. O tamanho de partículas foi reduzido, bem como no perfil de distribuição das mesmas. Houve um aumento na proporção total de partículas pequenas em relação às partículas maiores. Estas mudanças foram possíveis de perceber pela microestrutura observada com microscópio óptico. As cores dos produtos concentrado ou diluído não apresentaram alterações devido à pressão. A HAP não praticamente não reduziu a viscosidade do suco diludo (RTD). Nenhum dos parâmetros estudados apresentou mudanças devido ao tempo de estocagem. O comportamento da sedimentação de polpa também não sofreu alterações com a HAP. Os múltiplos ciclos de HAP a baixas pressões apresentaram ser uma alternativa ao ciclo único com pressão elevada / Abstract: Brazil is the world's largest orange producer, most of the production being intended for the manufacture of frozen concentrated orange juice (FCOJ). Due to the large export volume and high consistency (apparent viscosity) of FCOJ, knowledge of its rheological properties becomes necessary for a better design of the equipments and processes. In high-pressure homogenization (HAP), a non-thermal processing technology, the product is pressurized and forced through a small gap that dramatically increases its speed, followed by a sudden drop to atmospheric pressure, causing high shear stress and cavitation. These phenomena are able to change the structure of cells and biopolymers, impacting on the particle size and the way they interact, thus changing the rheological characteristics. In the present study this technology was used aiming at decreasing the consistency and other rheological properties. Even small reductions in viscosity can result in great energy savings in various unit operations, such as pumping, given the large volume of juice processed in Brazil. The objective of this work was to evaluate the influence of high pressure homogenization on the rheological steady-state behaviour (time independent and time dependent properties), Arhenius activation energy, dynamic rheological behaviour (viscoelasticity), particle size distribution, microstructure and colour of FCOJ, as well as the pulp sedimentation stability of the reconstituted product, the turbidity and colour were also evaluated. The influence of the number of HPH cycles, on rheological behaviour (steady-state) e on particle size distribution of FCOJ was also verified. HPH decreased the consistency of FCOJ as the pressure increased from 0 to 150MPa. At 150MPa the apparent viscosity was decreased to approximately half its original value. The thixotropy and viscoelasticity of the concentrated juice were also reduced during HPH, and the value of the Arhenius activation energy had its value increased, indicating that a minor change in temperature produces a significant change in consistency. The particle size was reduced, and the particle distribution changed, showing a higher ratio of small particles over larger ones. These changes could be observed from the microstructure. The FCOJ or diluted product showed no difference in colour, neither due to affect by the homogenization nor for the storage time. HPH slighty decreased the viscosity of the RTD-juice. None of the above mentioned parameters changed during the storage time. The pulp sedimentation behaviour was not affected by HPH. Multiple HPH cycles at lower pressures are an alternative to a single HPH at higher pressure / Mestrado / Tecnologia de Alimentos / Mestre em Tecnologia de Alimentos