Orientador: Flávio Luis Schmidt / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T16:28:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_ReinaldoEduardo_D.pdf: 6124650 bytes, checksum: 0e168bcc101ccea43f669dec71d2c742 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Caldo de cana-de-açúcar foi submetido a dois tipos diferentes de tratamentos clarificantes ¿ convencional e microfiltração. O tratamento convencional foi aplicado ao caldo controle (a 14 °Brix), baseado no aquecimento (30, 40, 50 ou 60°C), calagem até pH 7,2, ebulição,adição de polímero e decantação. A microfiltração seguiu um planejamento fatorial completo, com 11 ensaios. As variáveis independentes foram temperatura e pressão transmembrana, que variaram entre 25,9 e 54,1°C e entre 1,8 e 3,2 bar, respectivamente. O caldo para a microfiltração também foi ajustado para 14 °Brix. As respostas avaliadas foram: fluxo acumulado de permeado; e resistências (membrana, fouling, polarização da concentração/camada polarizada e total). Um experimento com caldo controle (sem ajuste prévio de pH) e outro com ajuste prévio (pH = 7,2) também foram avaliados, sob as mesmas condições. Os caldos clarificados por processo convencional e os permeados e retentados por microfiltração foram comparados em relação a diferentes propriedades físico-químicas. A teoria de renovação de superfície foi testada para o caldo de cana; e alterações no tratamento industrial do caldo foram sugeridas. Os caldos clarificados sob diferentes temperaturas apresentaram diferenças mínimas entre si ou em relação ao controle, com exceção da cor e turbidez, os quais foram significativamente inferiores (entre 13.604 e 15.873 U.I. e entre 253 e 284 NTU, respectivamente) em relação ao controle (17.344 U.I. e 1.372 NTU, respectivamente). Os permeados apresentaram valores próximos entre si, sugerindo que moléculas de açúcares e sais não foram retidas pelas membranas, indicando que a temperatura e a pressão não influenciaram estes parâmetros. Comparando-se os permeados com o controle, observou-se grande redução na cor e turbidez, com a cor dos permeados variando entre 4.275 e 8.644 U.I.; e a turbidez entre 1,80 e 16,27 NTU. Comportamento semelhante ao indicado para os permeados foi observado para os retentados, pois os últimos diferiram em relação ao controle em termos de cor e turbidez, apresentando valores entre 31.056 e 43.644 U.I. e entre 1.439 e 3.221 NTU. Os retentados exibiram valores para cor e turbidez superiores aos dos permeados. Os valores para cor e turbidez dos permeados foram inferiores aos dos caldos clarificados por clarificação convencional. Os permeados e retentados dos ensaios com ajuste prévio e posterior de pH foram comparados entre si, mas não apresentaram diferenças significativas, com exceção do pH, o qual foi maior no ensaio com ajuste prévio. Os retentados sem e com ajuste prévio de pH apresentaram os seguintes valores de cor e turbidez: 46.215 e 85.073 U.I. e 2.270 e 3.373 NTU, respectivamente, superiores aos respectivos permeados (7.368 e 6.185 U.I. e 91 e 2,5 NTU). A temperatura foi a variável que mais influenciou o fluxo e as resistências. A principal resistência ao fluxo deveu-se ao fouling, chegando a 80%. Todos os modelos propostos foram significativos, indicando bom ajuste aos valores de fluxo e de resistências. O modelo para a teoria de renovação de superfície apresentou ajuste moderado em relação aos dados experimentais, tendo variado entre 51,9 e 90,3%. Para o caldo de cana com ajuste prévio de pH, o modelo proposto não se ajustou aos dados / Abstract: Sugarcane juice was submitted to two different types of clarifying treatments ¿ conventional and microfiltration. Conventional treatment was applied to the control (at 14 °Brix), based on heating (30, 40, 50 or 60°C), liming to pH 7.2, boiling, addition of polymer and decantation. Microfiltration followed a complete factorial design with 11 experiments. The independent variables were temperature and transmembrane pressure, which varied between 25.9 and 54.1°C and between 1.8 and 3.2 bar, respectively. The juice for microfiltration was also adjusted to 14 °Brix. The responses evaluated were: accumulated permeate flux; and resistances (membrane, fouling, polarization of concentration/polarized layer and total). An experiment with control juice (without prior pH adjustment) and another with prior adjustment (pH = 7.2) were also evaluated under the same conditions. The juice clarified by the conventional process and the permeates and retentates by microfiltration were compared in relation to different physicochemical properties. The surface renew theory was tested for the sugarcane juice; and changes in the industrial treatment of sugarcane juice were proposed. Juice clarified at different temperatures showed minimal differences between them or in relation to the control, with the exception of color and turbidity, which were significantly lower (between 13,604 and 15,873 I.U. and between 253 and 284 NTU, respectively) in relation to the control (17,344 I.U. and 1,372 NTU, respectively). The permeates presented values close to each other, suggesting that sugar and salt molecules were not retained by the membranes, indicating that the temperature and pressure did not influence these parameters. Comparing the permeates with the control, a great reduction in the color and turbidity was observed, with the color of the permeates varying from 4,275 to 8,644 I.U.; and the turbidity from 1.80 to 16.27 NTU. Similar behavior to that indicated for the permeates was observed for the retentates, since the latter also differed in relation to the control in terms of color and turbidity, showing values between 31,056 and 43,644 I.U. and between 1,439 and 3,221 NTU. The retentates exhibited values for color and turbidity higher than those for the permeates. The values for color and turbidity were lower than those of the juice clarified by conventional clarification. The permeates and retentates from experiments with prior and subsequent adjustment of the pH, were compared but did not present significant differences, with the exception of the pH, which was higher in the experiment with prior adjustment. The retentates without and with prior adjustment of the pH exhibited the following color and turbidity values: 46,215 and 85,073 I.U. and 2,270 and 3,273 NTU, respectively, higher than the respective permeates (7,368 and 6,185 I.U. and 91 and 2.5 NTU). The temperature was the variable that most influenced the flux and resistances. The main resistance to flux was by fouling, reaching 80%. All the proposed models were significant,indicating good adjustment to the values of flux and resistances. The model for the surface renew theory presented a moderate adjustment in relation to the experimental values, varying between 51.9 and 90.3%. For the sugarcane juice with prior adjustment of pH, the proposed model did not fit the data / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutor em Tecnologia de Alimentos

A agroindústria canavieira no Brasil é um setor de destaque por exercer papel fundamental na economia, sendo responsável pela geração de empregos, renda e produtos e subprodutos de interesse como, açúcar, etanol e energia. A clarificação do caldo de cana é um dos processos unitários mais críticos das usinas açucareiras. Atualmente, o açúcar brasileiro é clarificado utilizando-se o processo de contato com dióxido de enxofre, conhecido como sulfitação. Existe, porém, uma tendência mundial na redução do uso de compostos à base de enxofre nos alimentos, devido a possíveis efeitos nocivos à saúde. Além disso, a queima de enxofre elementar nas usinas é fonte de emissões de gases sulforosos, desconforto no ambiente de trabalho das fábricas e corrosão de metais nas instalações industriais. Dessa forma, alternativas à sulfitação têm sido avaliadas, entre as quais a ozonização, processo que carece de estudos fundamentais. No presente trabalho foram avaliados parâmetros de transferência de massa do ozônio, tanto em água como em solução modelo contendo sacarose e compostos fenólicos presentes no caldo de cana (ácidos ácido p-cumárico, cafeico, siríngico e clorogênico, além do flavonoide quercetina). A partir destes experimentos foi verificado que a ozonização da mistura de fenólicos é caracterizada por uma reação lenta devido à presença de ozônio dissolvido no meio. Observou-se que não houve degradação da sacarose e os principais intermediários identificados foram ácidos orgânicos, não ocorrendo, porém, mineralização completa dos compostos fenólicos. Após este estudo foram realizados experimentos de ozonização com caldo de cana seguindo um projeto experimental com o objetivo de verificar a remoção de cor ICUMSA e também de compostos fenólicos. Verificou-se importante remoção de cor (80%) após duas horas de ozonização a 40 oC, empregando-se 30 mg L-1 de ozônio no gás alimentado à vazão de 0,5 L min-1. Por outro lado, obtiveram-se 50% de remoção de compostos fenólicos para concentração de O3 no gás de 20 mg L-1, vazão de gás de 0,5 L min-1 e temperatura de 60 °C. Realizou-se por fim uma análise econômica preliminar para fins de comparação entre o processo de sulfitação e ozonização. O processo de ozonização demanda um investimento inicial maior que a sulfitação e à peroxidação. Quando os custos operacionais são comparados verifica-se que o custo operacional para a ozonização é 29% menor que a sulfitação e 43% menor que a peroxidação. Os resultados sugerem a possível aplicação da ozonização como tecnologia alternativa à utilização de enxofre no processo de clarificação. / The sugarcane agroindustry in Brazil currently stands out because it plays a major role in the economy, being responsible for generating jobs, income and products and by-products of interest, such as sugar, ethanol and power. The clarification of sugarcane juice is one of the most critical unit processes in sugar mills. Brazilian sugar is clarified using the sulphitation process. There is a worldwide trend in reducing the use of sulfur compounds in food because of its possible harmful effects on the consumer. In addition, burning elemental sulfur causes serious environmental problems, such as emissions of sulfurous gases, causing acid rain, discommodity in the working environment of plants and corrosion of metals in industrial facilities. Alternative treatments of sugarcane juice, replacing sulfur dioxide have been considered, among them ozonation. The main limitation of ozonation processes is gas-liquid mass transfer. In the present work, ozone mass transfer parameters were evaluated both in water and in model solutions of sucrose containing phenolic compounds present in the sugarcane juice. The main degradation products formed during the process were identified. From these experiments, ozonation of phenolic compounds in solution is characterized by a slow reaction due to the presence of dissolved ozone in the medium. The main intermediates identified were organic acids demonstrating that complete mineralization of the phenolic compounds does not occur. Ozonation experiments with sugarcane juice were carried out following an experimental design aiming at studying color and phenolic compounds removals. After two-hour experiments 80% color removal was achieved ozone concentration of 30 mg L-1, 0.5 L min-1 flow rate and 40 ° C. Moreover, 50% removal of phenolic compounds was achieved for 20 mg L-1 ozone concentration, 0.5 L min-1 flow rate and 60 ° C. The results confirm the efficiency of color removal, main target of the sugar industry. Finally, a preliminary economic analysis was carried out the purpose of comparing the sulphitation and ozonation process, and it was verified that ozonation requires an initial investment greater than sulphitation. Ozonation process requires an initial investment greater than sulphitation and peroxidation. On the other hand, operating costs were compared, the operating cost for ozonation is 29% lower than sulphitation and 43% lower than peroxidation. Results suggest the possible application of ozonation as an alternative technology to the use of sulfur in the clarification process.

O presente trabalho consistiu na padronização do ratio, definido como a razão entre o teor de sólidos solúveis (SS) e a acidez titulável (AT), no processamento em escala piloto e no estudo da vida de prateleira (VP) de caldo de cana estocado sob refrigeração. Utilizando-se um delineamento central composto rotacional, com onze formulações de caldo de cana, investigou-se o ratio da formulação que resultou em melhor aceitação sensorial, em uma ampla faixa de SS (13,1 a 25,9 ºBrix) e de AT (0,02 a 0,09 % de ácido cítrico). Determinada a melhor formulação, processaram-se três lotes de caldo de cana padronizado (L1, L2 e L3). A estabilização da bebida foi baseada na seguinte combinação de métodos térmicos e não térmicos: acidificação, pasteurização (95 ºC/ 30 s), envase asséptico em garrafas de polietileno tereftalato (PET) e estocagem refrigerada. Testes físico-químicos, microbiológicos e enzimáticos, incluindo-se a determinação da atividade da peroxidase (POD) e da polifenoloxidase (PPO) foram realizados na bebida in natura e recém-processada (tempo zero da VP). Para o estudo da VP do caldo de cana padronizado pasteurizado, as amostras, em todos os lotes processados, foram fracionadas e estocadas nas temperaturas de 4, 8, 12 e -18 ºC (controle), na ausência de luz. A estimativa de VP do produto foi fundamentada em testes microbiológicos e sensoriais. A avaliação da estabilidade microbiológica baseou-se na enumeração de bactérias e fungos psicrotróficos. Testes de escala hedônica de nove pontos para avaliação da aparência e do sabor foram empregados na análise da estabilidade sensorial. As médias da aceitação sensorial para impressão global das onze formulações não apresentaram diferença estatística (p > 0,05) entre si, nas faixas de SS e AT estudadas. Verificou-se que apenas o efeito da AT foi significativo (p < 0,05) na aceitação da bebida. A formulação escolhida para a padronização do caldo de cana foi aquela com AT equivalente a 0,09 % (pH próximo a 3,9) e 19,5 ºBrix. Para o caldo de cana padronizado pasteurizado recém-processado, os valores de pH foram inferiores a 4,4 em L1, L2 e L3. As contagens de mesófilos não ultrapassaram 50 UFC/ mL, constatando-se a ausência de coliformes termotolerantes e Salmonella em todos os lotes processados. As médias das atividades de POD e PPO foram de 2,11 U/mL e 1,03 U/mL, respectivamente. As contagens de bactérias e fungos psicrotróficos não ultrapassaram 102 UFC/ mL. As médias dos tempos de VP estimadas para as frações dos lotes estocadas a 4, 8 e 12 ºC foram equivalentes a 71, 74 e 23 dias, respectivamente. Concluiu-se que o caldo de cana foi bem aceito pela equipe de provadores, em uma ampla faixa de SS e AT. A combinação dos métodos empregados na estabilização da bebida foi eficiente na redução da atividade enzimática e da contagem microbiana. Além disso, as temperaturas de 4 e 8 ºC mostraram-se efetivas na manutenção da estabilidade da bebida, satisfazendo a uma eventual demanda do mercado consumidor pela bebida processada. / The present study consisted in standardizing the total soluble solids (SS) and titratable acidity (TA) ratio, in small scale processing and in estimating the shelf-life (SL) of sugarcane juice stored under ideal, commercial and abusive temperature conditions. A central composite rotational design with eleven formulations of sugarcane juice was used to investigate the ratio of the formulation that resulted in the best sensory acceptance in a wide range of SS (13,1 a 25,9 ºBrix) and TA (0,02 a 0,09% citric acid). Found the best formulation, three batches of standardized sugarcane juice were processed (L1, L2 and L3). The juice´s stabilization was based on the following combination of thermal and non-thermal methods: acidification, pasteurization (95 °C/30 s), aseptic filling in polyethylene terephthalate (PET) bottles and refrigerated storage. Physico-chemical, microbiological and enzymatic tests, including the determination of the peroxidase (POD) and polyphenol oxidase (PPO) activities, were performed in the fresh and freshly processed (time zero of SL) juice. For the SL study, standardized pasteurized sugarcane juice samples were stored at temperatures of 4, 8, 12 and -18 °C (control), kept in the dark. The estimate of the product´s SL was based on microbiological and sensory tests. The evaluation of the microbiological stability was based on the psychrotrophic bacteria and fungi counts. Nine-point hedonic scale tests for appearance and flavor evaluation were used in order to assess the sensory stability. The mean values of sensory acceptance, for overall impression, of the eleven formulations showed no statistical difference (p > 0.05) among them. It was found that only the effect of TA was significant (p < 0.05). The chosen formulation for sugarcane juice standardization was that one with TA 0.09 % (pH near 3.9) and SS 19.5 ºBrix. For the freshly processed standardized pasteurized juice, the pH was less than 4.4 in L1, L2 and L3. The mesophilic counts did not exceed 50 CFU/mL. The presence of coliforms at 45 ºC and Salmonella was no confirmed. The average POD and PPO activities were 2.11 U/mL and 1.03 U/mL respectively. The psychrotrophic bacteria and fungi counts did not exceed 102 CFU/mL. The juice´s SL stored at 4, 8 and 12 °C were 71, 74 and 21 days, respectively. It was concluded that the juice was well accepted in a wide range of SS and TA, and the combination of methods was effective in reducing the enzyme activity and microbial counts. Moreover, temperatures of 4 and 8 °C were proved to be effective in maintaining the sugarcane juice´s quality for a period of time compatible with the consumer market demand.

O caldo de cana adicionado de polpa ou suco de fruta é uma bebida bastante apreciada no Brasil. O presente trabalho consistiu na elaboração, no processamento em escala piloto e no estudo da vida de prateleira de caldo de cana com polpa de maracujá. Processaram-se nove lotes de caldo de cana adicionado de 4% (m/m) de polpa de maracujá, a 85, 90 e 95 °C/30 s, em triplicata. A bebida pasteurizada foi envasada assepticamente em garrafas de polietileno tereftalato (PET) e estocada a 7 °C, na ausência de luz. Testes físico-químicos foram empregados na caracterização da bebida. Procedeu-se à análise do teor de vitamina C no caldo in natura e na bebida processada. Determinaram-se as atividades das enzimas polifenoloxidase (PPO) e peroxidase (POD) antes e após o processamento. A estimativa da vida útil do produto foi fundamentada em testes microbiológicos e sensoriais. A avaliação da estabilidade microbiológica baseou-se na enumeração de bactérias e fungos psicrotróficos. Testes de escala hedônica de sete pontos para avaliação da aparência, aroma, sabor e aceitação global foram empregados na análise da estabilidade sensorial. As médias dos valores de pH, sólidos solúveis e acidez titulável variaram entre 3,9 e 4,0; 17 e 23 °Brix; e 0,15 e 0,19% de ácido cítrico, respectivamente. A polpa de maracujá não incrementou o teor de ácido ascórbico da bebida que ficou entre 2,6 a 2,8 mg/ 100 mL de bebida. A atividade da PPO variou entre 3,1 e 40,3 U/mL para os nove lotes do caldo acidificado, antes da pasteurização. Os três binômios empregados no processamento foram efetivos na inativação da enzima. A atividade da POD oscilou entre 69,8 e 220,4 U/mL; contudo, apenas o processamento a 95 °C atingiu 100% de inativação. As contagens de bactérias e fungos em todos os nove lotes processados foram inferiores a 2 log UFC/mL ao longo de 90 dias de estocagem. A bebida atingiu médias de notas entre 5 e 6 para todos os atributos avaliados após 30 dias de estocagem. As médias dos tempos de vida útil da bebida processada a 85, 90 e 95 °C/30 s atingiram 31, 39 e 52 dias, respectivamente. Concluiu-se que o aumento da temperatura de pasteurização afetou positivamente a estabilidade da bebida. Contudo, o decréscimo da aceitação sensorial limitou a sua vida útil, no qual o sabor foi o principal atributo limitante. / Sugarcane juice, either pure or with fruit pulp addition, is an appreciated beverage in Brazil. The aim of this research was to evaluate the shelf-life of sugarcane juice mixed with passion fruit pulp (4% w/w). Nine batches were processed at 85, 90 and 95 °C/30 s, in three replicates. The pasteurized beverage was aseptically filled into polyethylene terephthalate (PET) bottles and stored at 7 °C without light exposure. pH, soluble solids and titrable acidity were measured during storage. The content of vitamin C was analyzed both in fresh sugar cane juice and pasteurized beverage. Polyphenoloxidase (PPO) and peroxidase (POD) activities were determined both before and after processing. Microbiological stability evaluation was based on psychrotrophic bacteria and fungi counts. Sensory acceptance was estimated by assigning a liking score on a 7-point hedonic scale to the attributes appearance, flavor, taste and overall appreciation. The mean values for pH, soluble solids and titratable acidity ranged from 3.8 to 4.3, 15 to 24 °Brix, and 0.13 to 0.17% of citric acid, respectively, for all processed batches. The passion fruit pulp did not increase the ascorbic acid content in the pasteurized product which ranged from 2.6 to 2.8 mg / 100 mL of beverage. The PPO activity varied from 3.1 to 40.3 U/mL for the nine acidified sugarcane juice batches before pasteurization. The three pasteurization binomials were effective for enzyme inactivation. The POD activity ranged from 69.8 to 220.4 U/mL. However, only processing at 95 °C achieved complete inactivation. The bacteria and fungi counts in all nine pasteurized batches were lower than 2 log CFU/mL up to 90 days of storage. The product achieved scores between 5 and 6 for all sensory attributes evaluated after 30 days of storage. The estimated shelf-life for beverage processed at 85, 90 and 95 °C/30 s was 31, 39 and 52 days, respectively. It was concluded that pasteurization temperature had a positive effect on beverage stability. Nevertheless, the decrease in flavor acceptance was the main limiting factor for the product\'s shelf-life.

A agroindústria canavieira no Brasil é um setor de destaque por exercer papel fundamental na economia, sendo responsável pela geração de empregos, renda e produtos e subprodutos de interesse como, açúcar, etanol e energia. A clarificação do caldo de cana é um dos processos unitários mais críticos das usinas açucareiras. Atualmente, o açúcar brasileiro é clarificado utilizando-se o processo de contato com dióxido de enxofre, conhecido como sulfitação. Existe, porém, uma tendência mundial na redução do uso de compostos à base de enxofre nos alimentos, devido a possíveis efeitos nocivos à saúde. Além disso, a queima de enxofre elementar nas usinas é fonte de emissões de gases sulforosos, desconforto no ambiente de trabalho das fábricas e corrosão de metais nas instalações industriais. Dessa forma, alternativas à sulfitação têm sido avaliadas, entre as quais a ozonização, processo que carece de estudos fundamentais. No presente trabalho foram avaliados parâmetros de transferência de massa do ozônio, tanto em água como em solução modelo contendo sacarose e compostos fenólicos presentes no caldo de cana (ácidos ácido p-cumárico, cafeico, siríngico e clorogênico, além do flavonoide quercetina). A partir destes experimentos foi verificado que a ozonização da mistura de fenólicos é caracterizada por uma reação lenta devido à presença de ozônio dissolvido no meio. Observou-se que não houve degradação da sacarose e os principais intermediários identificados foram ácidos orgânicos, não ocorrendo, porém, mineralização completa dos compostos fenólicos. Após este estudo foram realizados experimentos de ozonização com caldo de cana seguindo um projeto experimental com o objetivo de verificar a remoção de cor ICUMSA e também de compostos fenólicos. Verificou-se importante remoção de cor (80%) após duas horas de ozonização a 40 oC, empregando-se 30 mg L-1 de ozônio no gás alimentado à vazão de 0,5 L min-1. Por outro lado, obtiveram-se 50% de remoção de compostos fenólicos para concentração de O3 no gás de 20 mg L-1, vazão de gás de 0,5 L min-1 e temperatura de 60 °C. Realizou-se por fim uma análise econômica preliminar para fins de comparação entre o processo de sulfitação e ozonização. O processo de ozonização demanda um investimento inicial maior que a sulfitação e à peroxidação. Quando os custos operacionais são comparados verifica-se que o custo operacional para a ozonização é 29% menor que a sulfitação e 43% menor que a peroxidação. Os resultados sugerem a possível aplicação da ozonização como tecnologia alternativa à utilização de enxofre no processo de clarificação. / The sugarcane agroindustry in Brazil currently stands out because it plays a major role in the economy, being responsible for generating jobs, income and products and by-products of interest, such as sugar, ethanol and power. The clarification of sugarcane juice is one of the most critical unit processes in sugar mills. Brazilian sugar is clarified using the sulphitation process. There is a worldwide trend in reducing the use of sulfur compounds in food because of its possible harmful effects on the consumer. In addition, burning elemental sulfur causes serious environmental problems, such as emissions of sulfurous gases, causing acid rain, discommodity in the working environment of plants and corrosion of metals in industrial facilities. Alternative treatments of sugarcane juice, replacing sulfur dioxide have been considered, among them ozonation. The main limitation of ozonation processes is gas-liquid mass transfer. In the present work, ozone mass transfer parameters were evaluated both in water and in model solutions of sucrose containing phenolic compounds present in the sugarcane juice. The main degradation products formed during the process were identified. From these experiments, ozonation of phenolic compounds in solution is characterized by a slow reaction due to the presence of dissolved ozone in the medium. The main intermediates identified were organic acids demonstrating that complete mineralization of the phenolic compounds does not occur. Ozonation experiments with sugarcane juice were carried out following an experimental design aiming at studying color and phenolic compounds removals. After two-hour experiments 80% color removal was achieved ozone concentration of 30 mg L-1, 0.5 L min-1 flow rate and 40 ° C. Moreover, 50% removal of phenolic compounds was achieved for 20 mg L-1 ozone concentration, 0.5 L min-1 flow rate and 60 ° C. The results confirm the efficiency of color removal, main target of the sugar industry. Finally, a preliminary economic analysis was carried out the purpose of comparing the sulphitation and ozonation process, and it was verified that ozonation requires an initial investment greater than sulphitation. Ozonation process requires an initial investment greater than sulphitation and peroxidation. On the other hand, operating costs were compared, the operating cost for ozonation is 29% lower than sulphitation and 43% lower than peroxidation. Results suggest the possible application of ozonation as an alternative technology to the use of sulfur in the clarification process.

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Among non-Saccharomyces yeasts which can contaminate the fermentation process, the genus Dekkera is the most important because it is able to grow in fermentation conditions and be adapted to the substrates. Regarding the bacteria, Lactobacillus is the most representative genus. In the wine industry, several antimicrobial agents are utilized to control the undesirable yeast and bacteria populations, among them the sulphur dioxide (SO2) which is used in the form of sulphite salts. However, the microbial control by this substance is not known yet in the sugar and alcohol industries, in which the acid treatment of the cells and antibiotics are largely utilized to control the growth of bacteria. In this context, this work aimed to verify the effect of the addition of potassium metabisulphite (PMB) in two steps of the fermentative process for fuel alcohol production: to the raw sugarcane juice and to the acid treatment of the cells. In the first step, PMB concentration and exposure time to the antimicrobial were determined to cause decrease in the number of native yeast and bacteria in the sugarcane juice. Secondly, the minimum inhibitory concentration of PMB was determined to control the growth of Dekkera bruxellensis, an important yeast contaminant of the alcoholic fermentation, when added to the acid treatment of the cells, both in pure culture and in co-culture with Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus fermentum. The effect of this treatment on the fermentative parameters was also analysed. The PMB was effective to control the growth of native yeast and bacteria in the sugarcane juice at the concentration of 800 mg/L with exposure time that varied from 3 to 6 hours, resulting in a maximal reduction of one log cycle for yeasts and from 1.5 to 1.9 log cycles for bacteria. When added to the acid treatment of the cells (pH 2.0), a reduction of approximately one log cycle of D. bruxellensis was verified from the concentration of 225 mg/L of PMB. However, in co-culture with S. cerevisiae and L. fermentum, this concentration also resulted in the decrease of S. cerevisiae cell number, with negative effect on ethanol production. In a cell-recycled batch fermentation, the combination of acid treatment and 150 mg/L of PMB caused a substantial decrease in S. cerevisiae viability as well in the growth of both contaminants, with reduction in the ethanol production and fermentative efficiency. Although the potassium metabisulphite is effective in the context of wine fermentation, it was not appropriate to the fuel ethanol production especially due to the peculiar characteristics of the substrate and the conditions in which the fermentation is carried out. / Uma das principais preocupações das indústrias de produção de etanol combustível é controlar o crescimento de micro-organismos não selecionados para o processo, os quais podem causar prejuízos ao rendimento e a produtividade. Dentre as leveduras não-Saccharomyces contaminantes da fermentação, destaca-se o gênero Dekkera, por apresentar capacidade de crescimento nas condições de fermentação e adaptação aos substratos, e dentre as bactérias, o gênero Lactobacillus. Na indústria do vinho, vários agentes antimicrobianos são utilizados para o controle das populações de leveduras e bactérias indesejáveis, dentre eles o dióxido de enxofre (SO2), utilizado na forma de sais de sulfito. No entanto, o controle de micro-organismos com este agente é pouco conhecido na indústria sucroalcooleira, a qual faz uso principalmente do tratamento ácido entre os ciclos fermentativos e antibióticos para o controle de contaminantes bacterianos. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo verificar o efeito da adição de metabissulfito de potássio (MBP) em duas fases do processo fermentativo para produção de etanol combustível: ao caldo de cana bruto e ao tratamento ácido do fermento. Na primeira etapa, verificou-se a concentração e o tempo de contato com o antimicrobiano para causar redução no número de leveduras e bactérias nativas do caldo. Em seguida, determinou-se a concentração mínima inibitória de MBP para o controle do crescimento de Dekkera bruxellensis, uma importante levedura contaminante da fermentação etanólica, quando adicionado ao tratamento ácido do fermento, em cultura pura e em co-cultura com Saccharomyces cerevisiae e Lactobacillus fermentum e o efeito dessa adição sobre os parâmetros fermentativos. O MBP foi eficaz no controle de bactérias e leveduras nativas do caldo na concentração de 800 mg/L com tempo de contato que variou de 3 a 6 horas, proporcionando uma redução máxima de cerca de 1 ciclo log para leveduras e de 1,5 a 1,9 ciclos log para bactérias. Quando adicionado ao tratamento ácido (pH 2,0), ocorreu uma redução de aproximadamente 1 ciclo log de D. bruxellensis a partir de 225 mg/L de MBP. Porém em co-cultura com S. cerevisiae e L. fermentum, essa concentração ocasionou também redução do número de células de S. cerevisiae, com efeito sobre a produção de etanol. Em sistema de fermentação em batelada com reciclo celular, a combinação do tratamento ácido e 150 mg/L de MBP ocasionou queda substancial na viabilidade da levedura do processo e dos contaminantes D. bruxellensis e L. fermentum, com consequente decréscimo na produção de etanol e eficiência fermentativa. Embora seja eficiente no contexto da fermentação para produção de vinhos, o metabissulfito de potássio não se mostrou adequado para a fermentação alcoólica para produção de etanol combustível, devido às características peculiares do substrato utilizado e das condições em que é realizada a fermentação.

O caldo de cana adicionado de polpa ou suco de fruta é uma bebida bastante apreciada no Brasil. O presente trabalho consistiu na elaboração, no processamento em escala piloto e no estudo da vida de prateleira de caldo de cana com polpa de maracujá. Processaram-se nove lotes de caldo de cana adicionado de 4% (m/m) de polpa de maracujá, a 85, 90 e 95 °C/30 s, em triplicata. A bebida pasteurizada foi envasada assepticamente em garrafas de polietileno tereftalato (PET) e estocada a 7 °C, na ausência de luz. Testes físico-químicos foram empregados na caracterização da bebida. Procedeu-se à análise do teor de vitamina C no caldo in natura e na bebida processada. Determinaram-se as atividades das enzimas polifenoloxidase (PPO) e peroxidase (POD) antes e após o processamento. A estimativa da vida útil do produto foi fundamentada em testes microbiológicos e sensoriais. A avaliação da estabilidade microbiológica baseou-se na enumeração de bactérias e fungos psicrotróficos. Testes de escala hedônica de sete pontos para avaliação da aparência, aroma, sabor e aceitação global foram empregados na análise da estabilidade sensorial. As médias dos valores de pH, sólidos solúveis e acidez titulável variaram entre 3,9 e 4,0; 17 e 23 °Brix; e 0,15 e 0,19% de ácido cítrico, respectivamente. A polpa de maracujá não incrementou o teor de ácido ascórbico da bebida que ficou entre 2,6 a 2,8 mg/ 100 mL de bebida. A atividade da PPO variou entre 3,1 e 40,3 U/mL para os nove lotes do caldo acidificado, antes da pasteurização. Os três binômios empregados no processamento foram efetivos na inativação da enzima. A atividade da POD oscilou entre 69,8 e 220,4 U/mL; contudo, apenas o processamento a 95 °C atingiu 100% de inativação. As contagens de bactérias e fungos em todos os nove lotes processados foram inferiores a 2 log UFC/mL ao longo de 90 dias de estocagem. A bebida atingiu médias de notas entre 5 e 6 para todos os atributos avaliados após 30 dias de estocagem. As médias dos tempos de vida útil da bebida processada a 85, 90 e 95 °C/30 s atingiram 31, 39 e 52 dias, respectivamente. Concluiu-se que o aumento da temperatura de pasteurização afetou positivamente a estabilidade da bebida. Contudo, o decréscimo da aceitação sensorial limitou a sua vida útil, no qual o sabor foi o principal atributo limitante. / Sugarcane juice, either pure or with fruit pulp addition, is an appreciated beverage in Brazil. The aim of this research was to evaluate the shelf-life of sugarcane juice mixed with passion fruit pulp (4% w/w). Nine batches were processed at 85, 90 and 95 °C/30 s, in three replicates. The pasteurized beverage was aseptically filled into polyethylene terephthalate (PET) bottles and stored at 7 °C without light exposure. pH, soluble solids and titrable acidity were measured during storage. The content of vitamin C was analyzed both in fresh sugar cane juice and pasteurized beverage. Polyphenoloxidase (PPO) and peroxidase (POD) activities were determined both before and after processing. Microbiological stability evaluation was based on psychrotrophic bacteria and fungi counts. Sensory acceptance was estimated by assigning a liking score on a 7-point hedonic scale to the attributes appearance, flavor, taste and overall appreciation. The mean values for pH, soluble solids and titratable acidity ranged from 3.8 to 4.3, 15 to 24 °Brix, and 0.13 to 0.17% of citric acid, respectively, for all processed batches. The passion fruit pulp did not increase the ascorbic acid content in the pasteurized product which ranged from 2.6 to 2.8 mg / 100 mL of beverage. The PPO activity varied from 3.1 to 40.3 U/mL for the nine acidified sugarcane juice batches before pasteurization. The three pasteurization binomials were effective for enzyme inactivation. The POD activity ranged from 69.8 to 220.4 U/mL. However, only processing at 95 °C achieved complete inactivation. The bacteria and fungi counts in all nine pasteurized batches were lower than 2 log CFU/mL up to 90 days of storage. The product achieved scores between 5 and 6 for all sensory attributes evaluated after 30 days of storage. The estimated shelf-life for beverage processed at 85, 90 and 95 °C/30 s was 31, 39 and 52 days, respectively. It was concluded that pasteurization temperature had a positive effect on beverage stability. Nevertheless, the decrease in flavor acceptance was the main limiting factor for the product\'s shelf-life.

O presente trabalho consistiu na padronização do ratio, definido como a razão entre o teor de sólidos solúveis (SS) e a acidez titulável (AT), no processamento em escala piloto e no estudo da vida de prateleira (VP) de caldo de cana estocado sob refrigeração. Utilizando-se um delineamento central composto rotacional, com onze formulações de caldo de cana, investigou-se o ratio da formulação que resultou em melhor aceitação sensorial, em uma ampla faixa de SS (13,1 a 25,9 ºBrix) e de AT (0,02 a 0,09 % de ácido cítrico). Determinada a melhor formulação, processaram-se três lotes de caldo de cana padronizado (L1, L2 e L3). A estabilização da bebida foi baseada na seguinte combinação de métodos térmicos e não térmicos: acidificação, pasteurização (95 ºC/ 30 s), envase asséptico em garrafas de polietileno tereftalato (PET) e estocagem refrigerada. Testes físico-químicos, microbiológicos e enzimáticos, incluindo-se a determinação da atividade da peroxidase (POD) e da polifenoloxidase (PPO) foram realizados na bebida in natura e recém-processada (tempo zero da VP). Para o estudo da VP do caldo de cana padronizado pasteurizado, as amostras, em todos os lotes processados, foram fracionadas e estocadas nas temperaturas de 4, 8, 12 e -18 ºC (controle), na ausência de luz. A estimativa de VP do produto foi fundamentada em testes microbiológicos e sensoriais. A avaliação da estabilidade microbiológica baseou-se na enumeração de bactérias e fungos psicrotróficos. Testes de escala hedônica de nove pontos para avaliação da aparência e do sabor foram empregados na análise da estabilidade sensorial. As médias da aceitação sensorial para impressão global das onze formulações não apresentaram diferença estatística (p > 0,05) entre si, nas faixas de SS e AT estudadas. Verificou-se que apenas o efeito da AT foi significativo (p < 0,05) na aceitação da bebida. A formulação escolhida para a padronização do caldo de cana foi aquela com AT equivalente a 0,09 % (pH próximo a 3,9) e 19,5 ºBrix. Para o caldo de cana padronizado pasteurizado recém-processado, os valores de pH foram inferiores a 4,4 em L1, L2 e L3. As contagens de mesófilos não ultrapassaram 50 UFC/ mL, constatando-se a ausência de coliformes termotolerantes e Salmonella em todos os lotes processados. As médias das atividades de POD e PPO foram de 2,11 U/mL e 1,03 U/mL, respectivamente. As contagens de bactérias e fungos psicrotróficos não ultrapassaram 102 UFC/ mL. As médias dos tempos de VP estimadas para as frações dos lotes estocadas a 4, 8 e 12 ºC foram equivalentes a 71, 74 e 23 dias, respectivamente. Concluiu-se que o caldo de cana foi bem aceito pela equipe de provadores, em uma ampla faixa de SS e AT. A combinação dos métodos empregados na estabilização da bebida foi eficiente na redução da atividade enzimática e da contagem microbiana. Além disso, as temperaturas de 4 e 8 ºC mostraram-se efetivas na manutenção da estabilidade da bebida, satisfazendo a uma eventual demanda do mercado consumidor pela bebida processada. / The present study consisted in standardizing the total soluble solids (SS) and titratable acidity (TA) ratio, in small scale processing and in estimating the shelf-life (SL) of sugarcane juice stored under ideal, commercial and abusive temperature conditions. A central composite rotational design with eleven formulations of sugarcane juice was used to investigate the ratio of the formulation that resulted in the best sensory acceptance in a wide range of SS (13,1 a 25,9 ºBrix) and TA (0,02 a 0,09% citric acid). Found the best formulation, three batches of standardized sugarcane juice were processed (L1, L2 and L3). The juice´s stabilization was based on the following combination of thermal and non-thermal methods: acidification, pasteurization (95 °C/30 s), aseptic filling in polyethylene terephthalate (PET) bottles and refrigerated storage. Physico-chemical, microbiological and enzymatic tests, including the determination of the peroxidase (POD) and polyphenol oxidase (PPO) activities, were performed in the fresh and freshly processed (time zero of SL) juice. For the SL study, standardized pasteurized sugarcane juice samples were stored at temperatures of 4, 8, 12 and -18 °C (control), kept in the dark. The estimate of the product´s SL was based on microbiological and sensory tests. The evaluation of the microbiological stability was based on the psychrotrophic bacteria and fungi counts. Nine-point hedonic scale tests for appearance and flavor evaluation were used in order to assess the sensory stability. The mean values of sensory acceptance, for overall impression, of the eleven formulations showed no statistical difference (p > 0.05) among them. It was found that only the effect of TA was significant (p < 0.05). The chosen formulation for sugarcane juice standardization was that one with TA 0.09 % (pH near 3.9) and SS 19.5 ºBrix. For the freshly processed standardized pasteurized juice, the pH was less than 4.4 in L1, L2 and L3. The mesophilic counts did not exceed 50 CFU/mL. The presence of coliforms at 45 ºC and Salmonella was no confirmed. The average POD and PPO activities were 2.11 U/mL and 1.03 U/mL respectively. The psychrotrophic bacteria and fungi counts did not exceed 102 CFU/mL. The juice´s SL stored at 4, 8 and 12 °C were 71, 74 and 21 days, respectively. It was concluded that the juice was well accepted in a wide range of SS and TA, and the combination of methods was effective in reducing the enzyme activity and microbial counts. Moreover, temperatures of 4 and 8 °C were proved to be effective in maintaining the sugarcane juice´s quality for a period of time compatible with the consumer market demand.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Eduardo_Fernandes_Barbosa.pdf: 661327 bytes, checksum: 816b815568b664e6a1393b1196e634ea (MD5) Previous issue date: 2010-02-19 / This work describes the immobilization of invertase on chemically synthesized polyaniline and activated with glutaraldehyde (PANIG) for production of invert syrup from sugarcane juice. Free invertase activity present in crude extract (E.B.) obtained from cells of Saccharomyces cerevisiae, was characterized for an evaluation of interferents present in the extract on enzyme activity (optimum conditions: temperature 50 ° C, pH of 4.5 in sodium acetate buffer 0.1 mol L-1 and reaction time of 10 minutes, with an activity of 11.31 ± 0.36 EU mL-1). We tested some parameters optimization of enzyme immobilization, such as amount of enzyme, immobilization time, pH and temperature of immobilization. The optimal immobilization was obtained in buffer sodium acetate 0.1 mol L-1 pH 4.5, immobilization time of 1 hour at 50°C and 169.55 EU mg-1 PANIG. The efficiency of immobilization was 0.86. The stability of the system PANIG-Invertase was tested against the storage time and thermostability, and after 75 days storage in buffer sodium acetate 0.1 mol L-1 pH 4.5 was obtained for 94% of initial activity with only 17% retained for the free enzyme. The immobilized invertase didn t change the optimal conditions compared to the free, but the immobilized was more stable in adverse conditions such as pH below and above optimum conditions showed an increase in thermostability. Some features of the hydrolysis product were evaluated (water activity, viscosity and color), compared to the sugarcane juice in nature, showing that the reactors allowed changes in sugarcane juice that expand the possibilities for using syrup obtained in the production of sweets, ice cream and syrups rich in fructose. The high stability of the system tested, along with its high retention of activity strongly suggests the use of the system in reactors. / Este trabalho descreve a imobilização da enzima invertase em polianilina sintetizada quimicamente e ativada com glutaraldeído (PANIG) para produção de xarope de açúcar invertido a partir de caldo de cana. Atividade da invertase livre, presente no extrato bruto (E.B.), obtido a partir de células de Saccharomyces cerevisiae, foi caracterizada e estabelecida em temperatura de 50°C; pH de 4,5 em tampão acetato de sódio 0,1 mol L-1 e tempo de reação de 10 minutos, com uma atividade de 11,31 ± 0,36 UE mL-1. A partir da imobilização por ligação covalente, testou-se alguns parâmetros de otimização da imobilização enzimática, como quantidade de enzima, tempo de imobilização, pH e temperatura de imobilização. A imobilização ótima foi obtida em tampão acetato de sódio 0,1 mol L-1 pH 4,5, tempo de imobilização de 1 hora, temperatura de 50°C e 169,55 UE mg-1 de PANIG. A eficiência de imobilização foi de 0,86. A estabilidade do sistema PANIG-Invertase foi testada frente ao tempo de armazenamento e termoestabilidade, sendo que após 75 dias de armazenamento em tampão acetato de sódio 0,1 mol L-1 pH 4,5 obteve-se 94% da atividade inicial, com apenas 17% retidos para a enzima livre. A invertase imobilizada não apresentou variação nas condições ótimas em comparação à livre, porém a imobilizada apresentou-se mais estável em condições adversas, como pH abaixo e acima das condições ótimas e apresentou aumento da termoestabilidade. Algumas características do produto hidrolisado foram avaliadas (Atividade de água, viscosidade e coloração), em comparação ao caldo de cana in natura, mostrando que o sistema testado possibilita modificações no caldo de cana que ampliam as possibilidades de utilização do xarope obtido na produção de doces, sorvetes e xaropes ricos em frutose. A elevada estabilidade do sistema testado, junto à sua retenção elevada de atividade, sugerem a aplicação do sistema em reatores.

O uso de técnicas miniaturizadas de preparo de amostra vem se tornando uma tendência cada vez mais crescente em química analítica. Dentre elas o MEPS (Microextraction by a Packed Sorbent) apresenta grande potencial por poder ser acoplado on-line, sem grandes modificações, à cromatografia gasosa e líquida, não necessitando de grande quantidade de tempo para análise e seu cartucho sorvente ser reutilizável. O uso de MEPS, foi mais explorado até o presente momento na análise de fármacos em fluídos biológicos; dessa forma existe um pequeno número de publicações que exploram o uso dessa técnica na determinação de agrotóxicos em matrizes de alimentos. Por esse motivo, o presente trabalho teve como objetivo a avaliação do uso dessa técnica na determinação de seis agrotóxicos utilizados no cultivo da cana-de-açúcar (tebutiurom, carbofurano, atrazina, metribuzim, ametrina e bifentrina) em amostras de garapa. Para o desenvolvimento desse estudo foram verificadas dentre as variáveis pH, força iônica, solvente de eluição e volume do solvente de eluição, quais poderiam afetar o desempenho da técnica em diferentes fases extratoras, empregando nessa etapa de otimização planejamento fatorial fracionário 24-1. As fases avaliadas foram C18 Chromabond e HLB Oasis, assim como sistemas comercialmente disponíveis com as fases C18, C8, SAX, SCX e SIL. Durante essa etapa foi realizado um estudo inicial do uso do grafeno como material sorvente em MEPS, considerando as propriedades que esse material apresenta para atuar como adsorvente em técnicas de preparo de amostra. Contudo, o uso do grafeno apresentou entupimento no cartucho de sorção, problema ainda em avaliação. A fase C18 Chromabond foi a que apresentou os melhores resultados, sendo a escolhida para otimização dos parâmetros envolvidos na etapa de extração por MEPS. Os parâmetros otimizados por planejamento fatorial 23 foram os ciclos de: aspiração da amostra, lavagem e eluição. O método desenvolvido foi validado baseado nos critérios exigidos pelo MAPA e apresentou seletividade, linearidade e os limites de quantificação variaram de 2-10 μg/L. A recuperação foi adequada para todos os analitos (71,7-106,9%), assim como a precisão intra e inter-dia que apresentou coeficientes de variação (CV) menores que 16%. O método desenvolvido foi aplicado em quatro amostras reais de garapa de diferentes regiões. / The use of miniaturized techniques in sample preparation has becoming a growing trend in analytical chemistry. Among these techniques MEPS (Microextraction by a Packed Sorbent) presents a great potential affording on-line coupling, without much modification to gas and liquid chromatography systems, in addition it does not require large analyses time and the sorbent cartridge is reusable. MEPS utilization has been explored mainly for drugs analyses in biological fluids, existing limited number of publications that apply this technique for pesticides analyses in food sample matrix. For this reason the goal of present work was the evaluation of MEPS in the analyses of six pesticides used in sugarcane cultivation (tebuthiuron, carbofuran, atrazine, metribuzine, ametryn and bifenthrin) in sugarcane juice samples. During the method development several variables were evaluated including pH, ionic strength, elution solvent and solvent volume, to determine which ones could affect the technique perform in different sorbent phases. For this optimization step, fractional factorial design 24-1 was utilized. Phases evaluated included C18 Chromabond and HLB Oasis, and also commercially available system containg C18, C8, SAX, SCX e SIL. During this step, it was also carried out an initial study employing graphene in a MEPS system; Tanking into account the properties that this material presents to act as adsorbent in sample preparation techniques. However the graphene showed obstruction problems in the sorption cartridge, whose solution is under way. The phase C18 Chromabond showed better results, and was chosen to MEPS parameters optimization. MEPs parameters optimized by full factorial desing 23 were the following cycles: sample aspiration, washing and elution. The method, was validated based upon the MAPA requirements and showed good selectivity, linearity an quantifications limits ranging from 2-10 μg/L. Recovery was satisfactory for all pesticides (71,7-106,9%), intra- and inter-day precision were satisfactory and showed coefficients of variation (CV) less than 16%. Hence, the developed method was applied to the analysis of four real samples of sugarcane juice obtained from different regions.