Unripe banana flour (UBF) production employs bananas not submitted to maturation process, is an interesting alternative to minimize the fruit loss reduction related to inappropriate handling or fast ripening. The UBF is considered as a functional ingredient improving glycemic and plasma insulin levels in blood, have also shown efficacy on the control of satiety, insulin resistance. The aim of this work was to study the drying process of unripe banana slabs (Musa cavendishii, Nanicão) developing a transient drying model through mathematical modeling with simultaneous moisture and heat transfer. The raw material characterization was performed and afterwards the drying process was conducted at 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, the product temperature was recorded using thermocouples, the air velocity inside the chamber was 4 m·s-1. With the experimental data was possible to validate the diffusion model based on the Fick\'s second law and Fourier. For this purpose, the sorption isotherms were measured and fitted to the GAB model estimating the equilibrium moisture content (Xe), 1.76 [g H2O/100g d.b.] at 60 ºC and 10 % of relative humidity (RH), the thermophysical properties (k, Cp, ?) were also measured to be used in the model. Five cases were contemplated: i) Constant thermophysical properties; ii) Variable properties; iii) Mass (hm), heat transfer (h) coefficient and effective diffusivity (De) estimation 134 W·m-2·K-1, 4.91x10-5 m-2·s-1 and 3.278?10-10 m·s-2 at 60 ºC, respectively; iv) Variable De, it presented a third order polynomial behavior as function of moisture content; v) The shrinkage had an effect on the mathematical model, especially in the 3 first hours of process, the thickness experienced a contraction of about (30.34 ± 1.29) % out of the initial thickness, finding two decreasing drying rate periods (DDR I and DDR II), 3.28x10-10 m·s-2 and 1.77x10-10 m·s-2, respectively. COMSOL Multiphysics simulations were possible to perform through the heat and mass transfer coefficient estimated by the mathematical modeling. / A farinha de banana verde (UBF) produzida de bananas não submetidas ao processo de maturação é uma alternativa interessante para minimizar as perdas dos frutos relacionadas ao manejo inadequado e a alta perecibilidade do produto. A UBF pode ser considerada um ingrediente funcional em formulações alimentícias, pois pode reduzir o índice glicêmico e o nível de insulina plasmática no sangue, demonstrando eficácia no controle da saciedade e da resistência à insulina. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de secagem de fatias de banana verde (Musa cavendishii, Nanicão) e desenvolver um modelo de secagem transiente através da modelagem matemática com transferência de massa e energia simultânea. Inicialmente, foi realizada a caraterização físico-química da matéria prima que foi submetida ao processo de secagem em escala piloto, a 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, com termopares inseridos no produto monitorando sua temperatura, a velocidade do ar de secagem foi de 4 mos-1. Com a cinética de secagem e a temperatura interna da fatia foi possível validar o modelo de difusão baseado na 2a Lei de Fick e Fourier. Para este propósito, foram medidas durante o processo: as isotermas de sorção ajustadas ao modelo do GAB permitindo estimar a umidade de equilíbrio (Xe), 1.76 [g H2O/100g d.b.] a 60 ºC e 10 % de umidade relativa (RH) e as propriedades físicas e termofísicas (k, Cp, ?) para serem inseridas no modelo. Consideraram-se cinco casos: i) Propriedades termofísicas constantes; ii) Variáveis; iii) Estimativa do coeficiente de transferência de massa (hm) de calor (h) e difusividade efetiva (De) parâmetros importantes que controlam a taxa de secagem, 134 Wom-2oK-1, 4.91x10-5 m-2os-1 e 3.278x10-10 mos-2 para uma temperatura de 60 ºC, respectivamente; iv) Estimativa do De como função do teor de umidade (M) apresentando um comportamento polinomial de terceira ordem; v) O encolhimento teve influência no modelo matemático, em especial nas primeiras três horas de secagem, a espessura da banana verde experimentou uma redução de (30.34 ± 1.29) %, encontrando dois períodos de taxa de secagem decrescentes (DDR I e DDR II), os De estimados para estes dois períodos foram 3.28x10-10 mos-2 e 1.77x10-10 mos-2, respectivamente. As simulações no COMSOL Multiphysics foram possíveis de serem realizadas através dos dados estimados pelo modelo matemático.

Unripe banana flour (UBF) production employs bananas not submitted to maturation process, is an interesting alternative to minimize the fruit loss reduction related to inappropriate handling or fast ripening. The UBF is considered as a functional ingredient improving glycemic and plasma insulin levels in blood, have also shown efficacy on the control of satiety, insulin resistance. The aim of this work was to study the drying process of unripe banana slabs (Musa cavendishii, Nanicão) developing a transient drying model through mathematical modeling with simultaneous moisture and heat transfer. The raw material characterization was performed and afterwards the drying process was conducted at 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, the product temperature was recorded using thermocouples, the air velocity inside the chamber was 4 m·s-1. With the experimental data was possible to validate the diffusion model based on the Fick\'s second law and Fourier. For this purpose, the sorption isotherms were measured and fitted to the GAB model estimating the equilibrium moisture content (Xe), 1.76 [g H2O/100g d.b.] at 60 ºC and 10 % of relative humidity (RH), the thermophysical properties (k, Cp, ?) were also measured to be used in the model. Five cases were contemplated: i) Constant thermophysical properties; ii) Variable properties; iii) Mass (hm), heat transfer (h) coefficient and effective diffusivity (De) estimation 134 W·m-2·K-1, 4.91x10-5 m-2·s-1 and 3.278?10-10 m·s-2 at 60 ºC, respectively; iv) Variable De, it presented a third order polynomial behavior as function of moisture content; v) The shrinkage had an effect on the mathematical model, especially in the 3 first hours of process, the thickness experienced a contraction of about (30.34 ± 1.29) % out of the initial thickness, finding two decreasing drying rate periods (DDR I and DDR II), 3.28x10-10 m·s-2 and 1.77x10-10 m·s-2, respectively. COMSOL Multiphysics simulations were possible to perform through the heat and mass transfer coefficient estimated by the mathematical modeling. / A farinha de banana verde (UBF) produzida de bananas não submetidas ao processo de maturação é uma alternativa interessante para minimizar as perdas dos frutos relacionadas ao manejo inadequado e a alta perecibilidade do produto. A UBF pode ser considerada um ingrediente funcional em formulações alimentícias, pois pode reduzir o índice glicêmico e o nível de insulina plasmática no sangue, demonstrando eficácia no controle da saciedade e da resistência à insulina. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de secagem de fatias de banana verde (Musa cavendishii, Nanicão) e desenvolver um modelo de secagem transiente através da modelagem matemática com transferência de massa e energia simultânea. Inicialmente, foi realizada a caraterização físico-química da matéria prima que foi submetida ao processo de secagem em escala piloto, a 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, com termopares inseridos no produto monitorando sua temperatura, a velocidade do ar de secagem foi de 4 mos-1. Com a cinética de secagem e a temperatura interna da fatia foi possível validar o modelo de difusão baseado na 2a Lei de Fick e Fourier. Para este propósito, foram medidas durante o processo: as isotermas de sorção ajustadas ao modelo do GAB permitindo estimar a umidade de equilíbrio (Xe), 1.76 [g H2O/100g d.b.] a 60 ºC e 10 % de umidade relativa (RH) e as propriedades físicas e termofísicas (k, Cp, ?) para serem inseridas no modelo. Consideraram-se cinco casos: i) Propriedades termofísicas constantes; ii) Variáveis; iii) Estimativa do coeficiente de transferência de massa (hm) de calor (h) e difusividade efetiva (De) parâmetros importantes que controlam a taxa de secagem, 134 Wom-2oK-1, 4.91x10-5 m-2os-1 e 3.278x10-10 mos-2 para uma temperatura de 60 ºC, respectivamente; iv) Estimativa do De como função do teor de umidade (M) apresentando um comportamento polinomial de terceira ordem; v) O encolhimento teve influência no modelo matemático, em especial nas primeiras três horas de secagem, a espessura da banana verde experimentou uma redução de (30.34 ± 1.29) %, encontrando dois períodos de taxa de secagem decrescentes (DDR I e DDR II), os De estimados para estes dois períodos foram 3.28x10-10 mos-2 e 1.77x10-10 mos-2, respectivamente. As simulações no COMSOL Multiphysics foram possíveis de serem realizadas através dos dados estimados pelo modelo matemático.

Neste trabalho, estudou-se o impacto de dois pré-tratamentos: ultrassom, pulso de vácuo e a combinação de ultrassom seguido de pulso de vácuo, sobre a cinética de secagem da banana verde a (50 e 60) °C. Na secagem a 50 °C constatou-se que, a aplicação de uma única técnica foi mais favorável que a combinação dos pré-tratamentos (20 min de ultrassom, seguido de 60 min de pulso de vácuo), sendo que os melhores resultados foram obtidos com 20 min de ultrassom na potência volumétrica ultrassônica de (9,38 ± 0,60) W/L. Os valores da difusividade efetiva da água, da primeira e segunda fases de taxa decrecente foram de (7,03 ± 0,09 e 3,84 ± 0,09) × 10-9 m2/s para (12,10 ± 0,47 e 6,84 ± 0,28) × 10-9 m2/s, respectivamente, com a aplicação do ultrassom por 20 min. Na secagem a 60 °C, para a primeira fase de taxa decrescente, o pré-tratamento de 25 min de ultrassom resultou mais favorável. Já para a segunda fase de taxa decrescente o pré-tratamento com 25 min de ultrassom e a técnica combinada (25 min de ultrassom, seguido de 60 min de pulso de vácuo) foram os mais eficientes. Desta forma, a hipótese inicial de que micro-canais gerados pelo ultrassom e o gradiente de pressão nos pulsos de vácuo promoveriam maior migração de umidade não foi comprovada. A 60 °C, o aumento dos valores de difusividade efetiva de água, em relação aos ensaios sem prétratamento, foram menores se comparados aos aumentos obtidos nos ensaios a 50 °C. Consequentemente, a 60 °C, o efeito da temperatura prevaleceu, e os efeitos causados pelos pré-tratamentos foram menos evidentes em relação aos ensaios a 50 °C. O modelo de Midilli resultou no melhor modelo para o ajuste dos dados experimentais de secagem com r2>=0,999, RMSE<=0,0119 e ?2<=0,00012. O processo aplicando 20 min de ultrassom na potência volumétrica ultrassônica de (9,38 ± 0,60) W/L e temperatura de secagem de 50 °C diminuiu 30 min o tempo de secagem. A economia do custo de energia sob essas condição iria de (1,12 para 1,05) R$/kg de matéria-prima processada. Embora, uma redução da quantidade de energia necessária para a gelatinização foi observada, devido a aplicação do ultrassom por 20 min e secagem a 50 °C, não foi observada redução significativa do teor de amido resistente, assim, a principal característica da farinha de banana verde, por causa de seu efeito positivo sobre a saúde humana, foi preservada. Constatou-se que, aplicação de 20 min de ultrassom (9,38 ± 0,60) W/L em rodelas imersas em água (hidratadas) ou embaladas a vácuo (não hidratadas) não influenciou significativamente os valores de difusividade efetiva da água, o conteúdo de AR, nem a formação dos micro-canais. Os efeitos do ultrassom foram evidentes independentemente do ganho de água, acontecido devido à imersão das rodelas de banana verde em água. / In this work, the impact of two pre-treatments: ultrasound, pulsed-vacuum and the combination of ultrasound followed by pulsed-vacuum, on the drying kinetics of unripe banana at (50 and 60) ° C were studied. For air-drying at 50 °C, the application of a single technique was more favorable for water migration than the combination of pre-treatments (20 min of ultrasound, followed by 60 min of pulsed-vacuum); the best results were observed with ultrasound for 20 min at ultrasonic volumetric power of (9.38 ± 0.60) W/L. For this condition, the values of effective water diffusivity for the first and second phases of decreasing rate were (7.03 ± 0.09 and 3.84 ± 0.09) × 10-9 m2/s to (12.10 ± 0.47 and 6.84 ± 0.28) × 10-9 m2/s, respectively. At 60 °C, for the first phase of decreasing rate, 25 min of ultrasound resulted more favorable, whereas, for the second phase of decreasing rate, ultrasound for 25 min and the combined technique (25 min ultrasound, followed by 60 min pulsed-vacuum) resulted favorable. Thus, the initial hypothesis that micro-channels from ultrasound pre-treatment and pressure gradient from pulsed-vacuum pre-treatment would help moisture migration was not observed. At 60 °C, the increase of the values of effective water diffusivity were lower than those obtained at 50 °C. Consequently, at 60 °C, the effect of temperature prevailed, and the effects caused by pretreatments were less evident with respect to the assays at 50 °C. The Midilli model was the best model for adjusting the experimental drying data with r2>=0.999, RMSE<= 0.0119 and x2<=0.00012. The process applying 20 min of ultrasound at ultrasonic volumetric power of (9.38 ± 0.60) W/L and air-drying at 50 °C saved 30 min of air-drying time. The economy of energy cost under these conditions would represent a value from (1.12 to 1.05) R$/kg of processed raw material. Although a reduction in the amount of energy required for gelatinization was observed due to the application of ultrasound for 20 min and air-drying temperature at 50 °C, no significant reduction of resistant starch content was observed; thus, the main characteristic of unripe banana flour, because of its positive effect on human health, was preserved. It was verified that the application of 20 min of ultrasound (9.38 ± 0.60) W/L in unripe banana slices, immersed in water (hydrated) or vacuum-packed (non-hydrated), did not influence significantly the values of effective water diffusivity, resistant starch content and the formation of micro-channels. The effects of ultrasound were evident independent of water gain, which occurs due to the immersion of unripe banana slices into water.

Neste trabalho, estudou-se o impacto de dois pré-tratamentos: ultrassom, pulso de vácuo e a combinação de ultrassom seguido de pulso de vácuo, sobre a cinética de secagem da banana verde a (50 e 60) °C. Na secagem a 50 °C constatou-se que, a aplicação de uma única técnica foi mais favorável que a combinação dos pré-tratamentos (20 min de ultrassom, seguido de 60 min de pulso de vácuo), sendo que os melhores resultados foram obtidos com 20 min de ultrassom na potência volumétrica ultrassônica de (9,38 ± 0,60) W/L. Os valores da difusividade efetiva da água, da primeira e segunda fases de taxa decrecente foram de (7,03 ± 0,09 e 3,84 ± 0,09) × 10-9 m2/s para (12,10 ± 0,47 e 6,84 ± 0,28) × 10-9 m2/s, respectivamente, com a aplicação do ultrassom por 20 min. Na secagem a 60 °C, para a primeira fase de taxa decrescente, o pré-tratamento de 25 min de ultrassom resultou mais favorável. Já para a segunda fase de taxa decrescente o pré-tratamento com 25 min de ultrassom e a técnica combinada (25 min de ultrassom, seguido de 60 min de pulso de vácuo) foram os mais eficientes. Desta forma, a hipótese inicial de que micro-canais gerados pelo ultrassom e o gradiente de pressão nos pulsos de vácuo promoveriam maior migração de umidade não foi comprovada. A 60 °C, o aumento dos valores de difusividade efetiva de água, em relação aos ensaios sem prétratamento, foram menores se comparados aos aumentos obtidos nos ensaios a 50 °C. Consequentemente, a 60 °C, o efeito da temperatura prevaleceu, e os efeitos causados pelos pré-tratamentos foram menos evidentes em relação aos ensaios a 50 °C. O modelo de Midilli resultou no melhor modelo para o ajuste dos dados experimentais de secagem com r2>=0,999, RMSE<=0,0119 e ?2<=0,00012. O processo aplicando 20 min de ultrassom na potência volumétrica ultrassônica de (9,38 ± 0,60) W/L e temperatura de secagem de 50 °C diminuiu 30 min o tempo de secagem. A economia do custo de energia sob essas condição iria de (1,12 para 1,05) R$/kg de matéria-prima processada. Embora, uma redução da quantidade de energia necessária para a gelatinização foi observada, devido a aplicação do ultrassom por 20 min e secagem a 50 °C, não foi observada redução significativa do teor de amido resistente, assim, a principal característica da farinha de banana verde, por causa de seu efeito positivo sobre a saúde humana, foi preservada. Constatou-se que, aplicação de 20 min de ultrassom (9,38 ± 0,60) W/L em rodelas imersas em água (hidratadas) ou embaladas a vácuo (não hidratadas) não influenciou significativamente os valores de difusividade efetiva da água, o conteúdo de AR, nem a formação dos micro-canais. Os efeitos do ultrassom foram evidentes independentemente do ganho de água, acontecido devido à imersão das rodelas de banana verde em água. / In this work, the impact of two pre-treatments: ultrasound, pulsed-vacuum and the combination of ultrasound followed by pulsed-vacuum, on the drying kinetics of unripe banana at (50 and 60) ° C were studied. For air-drying at 50 °C, the application of a single technique was more favorable for water migration than the combination of pre-treatments (20 min of ultrasound, followed by 60 min of pulsed-vacuum); the best results were observed with ultrasound for 20 min at ultrasonic volumetric power of (9.38 ± 0.60) W/L. For this condition, the values of effective water diffusivity for the first and second phases of decreasing rate were (7.03 ± 0.09 and 3.84 ± 0.09) × 10-9 m2/s to (12.10 ± 0.47 and 6.84 ± 0.28) × 10-9 m2/s, respectively. At 60 °C, for the first phase of decreasing rate, 25 min of ultrasound resulted more favorable, whereas, for the second phase of decreasing rate, ultrasound for 25 min and the combined technique (25 min ultrasound, followed by 60 min pulsed-vacuum) resulted favorable. Thus, the initial hypothesis that micro-channels from ultrasound pre-treatment and pressure gradient from pulsed-vacuum pre-treatment would help moisture migration was not observed. At 60 °C, the increase of the values of effective water diffusivity were lower than those obtained at 50 °C. Consequently, at 60 °C, the effect of temperature prevailed, and the effects caused by pretreatments were less evident with respect to the assays at 50 °C. The Midilli model was the best model for adjusting the experimental drying data with r2>=0.999, RMSE<= 0.0119 and x2<=0.00012. The process applying 20 min of ultrasound at ultrasonic volumetric power of (9.38 ± 0.60) W/L and air-drying at 50 °C saved 30 min of air-drying time. The economy of energy cost under these conditions would represent a value from (1.12 to 1.05) R$/kg of processed raw material. Although a reduction in the amount of energy required for gelatinization was observed due to the application of ultrasound for 20 min and air-drying temperature at 50 °C, no significant reduction of resistant starch content was observed; thus, the main characteristic of unripe banana flour, because of its positive effect on human health, was preserved. It was verified that the application of 20 min of ultrasound (9.38 ± 0.60) W/L in unripe banana slices, immersed in water (hydrated) or vacuum-packed (non-hydrated), did not influence significantly the values of effective water diffusivity, resistant starch content and the formation of micro-channels. The effects of ultrasound were evident independent of water gain, which occurs due to the immersion of unripe banana slices into water.

Orientadores: Florencia Cecilia Menegalli, Franciele Maria Pelissari Molina / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-25T00:00:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tibolla_Heloisa_M.pdf: 30429584 bytes, checksum: 643238deef75b3825c3b74575e11f722 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A presente dissertação objetivou estudar o potencial da técnica de hidrólise enzimática na produção de nanofibras de celulose (NFCs) a partir da casca de bananas verdes da variedade "Terra" (Musa paradisiaca). Na primeira etapa do trabalho, o farelo da casca da banana foi caracterizado com base em suas propriedades físico-químicas, funcional e estrutural. Na segunda etapa, testou-se combinações de tratamentos (químico, hidrólise enzimática e tratamento mecânico) para isolar nanofibras de celulose. Na terceira etapa do trabalho avaliou-se a influência das condições de processo (pH, temperatura, concentração de enzima e concentração de substrato) na hidrólise enzimática com xilanase. Os experimentos foram realizados empregando-se um planejamento fatorial fracionado 24-1 com três pontos centrais. As NFCs foram caracterizadas quanto ao diâmetro, distribuição do comprimento, potencial zeta, grupos funcionais por FTIR, cristalinidade por difração de raios-X (DRX), concentração de NFCs produzidas e característica morfológica por microscopia eletrônica de transmissão (MET). A quarta e última etapa, foi realizada com o intuito de estudar a adição de mais uma hidrólise enzimática, usando o complexo celulolítico, na produção de NFCs. O farelo apresentou uma estrutura irregular, com teor de celulose de 7,5% e índice de cristalinidade de 15%. A presença de componentes amorfos (hemicelulose e lignina) foi constatada no farelo através da análise de grupos funcionais. Como resultados da segunda etapa, foram obtidas partículas de celulose em dimensões micro e nanométricas, evidenciando que o tratamento com potencial para produzir NFCs foi o branqueamento do farelo com KOH 5%, hidrólise enzimática com xilanase e celulase e após, desintegração das fibrilas com homogeneização mecânica, obtendo-se partículas com diâmetro médio de 14,9 nm. Na terceira etapa da pesquisa, as imagens da microscopia confirmaram que o tratamento com a enzima xilanase foi eficaz no isolamento de fibras de celulose na escala nanométrica. O diâmetro médio apresentado pelas mesmas foi de 8,8 nm. Em água neutra, as suspensões de nanofibras apresentaram potencial zeta alto e negativo, na faixa de -22,8 e -29,5, o que minimiza as interações que levam à formação de agregados de nanofibras, colaborando para a formação de uma suspensão coloidal mais estável. O índice de cristalinidade do farelo foi de 15,0% e das nanofibras variou entre 48,5 e 61,0%, demonstrando que o tratamento utilizado promoveu a remoção das frações amorfas. Os resultados obtidos a partir do planejamento fatorial mostrou que a enzima xilanase opera sobre o isolamento do NFCS em uma ampla faixa de condições do processo, dentro do intervalo de estudo. Os resultados encontrados na quarta etapa demonstraram que as cadeias de celulose das nanofibras foram reduzidas à monômeros de açúcares, principalmente glicose, visto que o complexo celulolítico atua de forma sinérgica na degradação total da celulose. O farelo da casca de banana é um resíduo agroindustrial com potencial uso para produção de nanopartículas. A hidrólise enzimática com xilanase mostrou-se ser uma técnica promissora na produção de nanofibras de celulose com alto desempenho como material de reforço em compósitos, sendo desnecessária a realização de um tratamento com a enzima celulase / Abstract: This dissertation aimed to study the potential use of the technique of enzymatic hydrolysis in the production of cellulose nanofibers (CNFs) from peel unripe bananas of the variety "Terra" (Musa paradisiaca). In the first stage of the work, the bran of the peel banana was characterized on the basis of their physicochemical, structural and functional properties. In the second stage, to isolate cellulose nanofibers, we tested combination of treatments (chemical, enzymatic hydrolysis and mechanical treatment). In the third stage of the study was evaluate the influence of process conditions (pH, temperature, enzyme concentration and substrate concentration) on enzymatic hydrolysis with xylanase. The experiments were performed employing a fractional factorial design 24-1 with three center points. The NFCS were characterized by diameter, length distribution, zeta potential, functional groups by FTIR, crystallinity by X-rays diffraction (XRD) and morphology features by transmission electron microscopy (TEM). The fourth and final stage was performed in order to study the efficiency of further enzymatic hydrolysis using cellulolytic complex to produce NFCS. The bran presented an irregular structure, with amount of cellulose of 7.5% and the crystallinity index of 15%. The presence of amorphous components (hemicellulose and lignin) was noted in the bran by functional groups analysis. As a result of the second stage, cellulose particles in micro and nanometric dimensions were obtained, indicating that the treatment with the potential to produce NFCS was bleaching bran with KOH 5%, enzymatic hydrolysis with cellulase and xylanase and after mechanical homogenization for disintegration of the fibrils, yielding particles with an average diameter of 14.9 nm. In the third step of research, the images of the microscope confirmed that the treatment with enzyme xylanase was effective in the isolation of cellulose fibers in the nanoscale. The average diameter presented by the same was 8.8 nm. In neutral water, suspensions of nanofibers showed high and negative zeta potential in the range of -22.8 and -29.5, which minimizes the interactions that lead to the formation of aggregates of nanofibers, contributing to the formation of a colloidal suspension more stable. The crystallinity index of the bran was 15.0% and the nanofibers was between 48.5 and 61.0%, demonstrating that the treatment promoted the removal of the amorphous fractions. Results obtained from the factorial design showed that xylanase enzyme operates on the isolation of the NFCS in a wide range of process conditions, within the evaluated range. The results found in the fourth step showed that the cellulose chains of the nanofibers were reduced to monomers sugars, especially glucose, since the cellulolytic complex acts synergistically in overall degradation of cellulose. The bran banana peel is an agricultural waste with potential use for production of nanoparticles. The enzymatic hydrolysis with xylanase was shown to be a promising technique for producing cellulose nanofibers with high performance as reinforcing material in composites, due to its ability to make it unnecessarily performing a treatment with cellulase enzyme, which was detrimental to the formation of NFCS / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestra em Engenharia de Alimentos

The aim of this study was to investigate the viability of Bifidobacterium lactis microorganism as probiotic when applied to pate chicken storage for period of 42 days. The chicken pate was prepared in the laboratory of meat processing of the UFSM Polytechnic College, according to the formulation provided by local industry. A portion of this mass of pate was enriched with unripe banana flour (Musa spp.) constituting a symbiotic food. The culture used was probiotic strain Bifidobacterium lactis 420 (B420), acquired by Danisco do Brasil Ltda. Two different inoculants were made in order to reach the expected final concentration of Log 106 UFC.g-1 and 108 UFC.g-1. Preliminary tests of microorganism resistence at different temperatures in the chicken pate were performed in order to establish the best temperature for the inoculation. The strain of microorganism was tested against different concentrations of NaCl (1.0%, 1.5% and 2.0%) and NaNO2 (150 ppm, 200 ppm and 250 ppm). It was resistant to all tests, including when combined concentrations of these values, but it showing increased sensitivity with increasing concentration. The product developed was evaluated by physical-chemical properties ( proximate composition and TBARS), microbiologic (coliforms at 45ºC, Clostridium perfringens, Staphylococcus coagulase positive, Salmonella sp.) and sensory (color, aroma, flavor and texture). It was found that the product reached all the requirements established by Brazilian legislation regarding chemical composition and microbiological standards. Taking into account the previsions of Brazilian law that establishes the minimum amount of viable probiotic bacteria, in the product ready for consumption, is between 108 to 109 colony forming units, the Bifidobacterium lactis was considered a good probiotic for chicken pate for a period of 21 days only, period is too short considering the shelf-life of the traditional chicken pate, which can reach up to 90 days of refrigerated storage. The determination of lipid oxidation (TBARS) showed that treatments 2 and 3 with the addition of the probiotic microorganism in a concentration of 108 UFC.g-1 obtained more satisfactory results when compared to the control and treatment of an added 106.UFC.g-1 of the probiotic, suggesting that the probiotic microorganisms in certain concentrations have a positive influence on the oxidation of lipids in the chicken pate, putting a "protective effect". Treatments with Bifidobacterium lactis had a good sensory acceptance in attributes, with the exception of treatment 3, which was added unripe banana flour, which changed the color and texture of the product but also impaired the development of Bifidobacterium lactis . In this study, it was found that treatment with the addition of probiotic micro-organism concentration of 108 UFC.g-1 was the best satisfied the initial goals as far as the viability of the probiotic lipídica oxidation stabilization. Althoug of a shelf-life minor, it can be seen that there is the feasibility of the probiotic Bifidobacterium lactis organism in meat products such as cooked chicken pate, which has the acceptance by consumers and can serve as an alternative development of meat products with functional properties. / O objetivo do presente trabalho foi estudar a viabilidade como probiótico do microrganismo Bifidobacterium lactis quando aplicado em patê de frango durante o período de armazenamento de 42 dias. O patê de frango foi elaborado no laboratório de processamento de carnes do Colégio Politécnico da UFSM, de acordo com a formulação fornecida pela indústria local. Uma parte dessa massa de patê foi enriquecida com farinha de banana verde (Musa spp.) constituindo um alimento simbiótico. A cultura utilizada foi a cepa probiótica Bifidobacterium lactis 420 (B420), adquirada através da Danisco do Brasil Ltda. Foram feitos dois inóculos diferentes visando atingir as concentrações finais de Log 106 UFC.g-1 e 108 UFC.g-1 . Testes preliminares de resistência do microrganismo a diferentes temperaturas no patê de frango foram realizados com o intuito de estabelecer a melhor temperatura para a inoculação. A linhagem do microrganismo foi testada frente à diferentes concentrações de NaCl ( 1% , 1,5 % e 2% ) e NaNO2 (150 ppm, 200 ppm, e 250 ppm) , sendo resistentes em todos os testes, inclusive quando em concentrações combinadas desses valores, porém demonstrando aumento da sensibilidade com o aumento da concentração. O patê de frango foi avaliado através de análises físico-químicas (composição centesimal e TBARS), microbiológicas (contagem de Bifidobacterium lactis, Coliformes a 45ºC, Clostridium perfringens, Staphylococcus coagulase positiva, Salmonella sp.) e sensoriais (cor, aroma, sabor e textura). Verificou-se que o produto atendeu os requisitos estabelecidos pela legislação brasileira quanto a composição centesimal e padrões microbiológicos. Levando em consideração os preceitos da legislação brasileira para alimentos funcionais que estabelece que a quantidade mínima de bactérias probióticas viáveis no produto pronto para consumo deve estar situada entre 108 a 109 Unidades Formadoras de Colônias (UFC), constatou-se que o Bifidobacterium lactis foi considerado com uma boa viabilidade como probiótico no patê de frango até o 21º dia de armazenamento, período muito curto. A determinação da oxidação lipídica (TBARS) mostrou que os tratamentos 2 e 3 com adição do microrganismo probiótico na concentração 108 UFC.g-1 obtiveram resultados mais satisfatórios quando comparados ao controle e o tratamento 1 adicionado de 106 UFC.g-1 do probiótico, sugerindo que os microrganismos probióticos em determinado nível de concentração apresentam uma influência positiva quanto à oxidação dos lipídios no patê de frango, exercendo um ―efeito protetor‖. Os tratamentos com Bifidobacterium lactis obtiveram uma boa aceitação sensorial nos atributos avaliados, com exceção do tratamento 3 , que foi adicionado de farinha de banana verde, a qual modificou a cor e a textura do produto como também prejudicou o desenvolvimento do Bifidobacterium lactis.. Neste estudo, verificou-se que o tratamento com adição do microrganismo probiótico na concentração de 108 UFC.g-1 foi o que melhor atendeu aos objetivos iniciais, tanto na viabilidade do probiótico como na estabilização da oxidação lipídica.Embora com um período de vida útil menor , pode-se observar que existe a viabilidade de aplicação do microrganismo probiótico Bifidobacterium lactis em produtos cárneos cozidos como o patê de frango, que possui aceitação pelo consumidor, podendo servir como alternativa no desenvolvimento de produtos cárneos com propriedades funcionais.

Orientadores: Florencia Cecilia Menegalli, Paulo José do Amaral Sobral / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:03:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Molina_FrancieleMariaPelissari_D.pdf: 36133234 bytes, checksum: 708a6141c5f96de8a9fbf9b6d371fa0f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho de doutorado teve como objetivo estudar o potencial de uso do amido, farinha e nanofibras obtidos a partir de bananas verdes da variedade Terra (Musa paradisiaca) na elaboração de filmes biodegradáveis. Na primeira etapa do trabalho, o amido e a farinha de banana foram caracterizados quanto às propriedades físicoquímicas, funcionais e térmicas. Ambas as matérias-primas apresentaram considerável conteúdo de amido (94,8 e 83,2%, respectivamente) com alto teor de amilose (35,0 e 23,1%, respectivamente) e amido resistente (49,5 e 50,3%, respectivamente), além de fibras, proteínas e lipídios. Numa segunda etapa, filmes a partir de farinha de banana foram elaborados segundo um planejamento experimental. Os resultados obtidos foram analisados estatisticamente empregando a metodologia de superfície de resposta, que juntamente com a função de desejabilidade permitiu a obtenção da formulação e condições de processo ótimas (concentração de glicerol de 19%, temperatura de processo de 81 ºC, temperatura de secagem de 54 ºC e umidade relativa de 48%). Os filmes produzidos sob essas condições apresentaram tensão na ruptura de 9,2 MPa, elongação de 24,2%, módulo de Young de 583,4 MPa, permeabilidade ao vapor de água de 2,1 x 10-10 g/m.s.Pa e opacidade de 51,3%. Na terceira etapa do trabalho, foram elaborados filmes de farinha e amido de banana para determinar o efeito das fibras, proteínas e lipídios sobre as propriedades dos filmes. O filme de farinha de banana foi mais flexível, solúvel em água e opaco, e menos cristalino e resistente mecanicamente quando comparado com o filme de amido de banana. A partir da microestrutura, observou-se que o filme de farinha apresentou imperfeições na sua superfície e uma seção transversal menos densa com pequenas fissuras quando comparado com o filme de amido. Na quarta etapa, a casca da banana (subproduto do processamento da fruta) foi utilizada como matéria-prima para a obtenção de nanofibras de celulose, empregando tratamento químico e mecânico. A influência do número de passagens (0, 3, 5 e 7) das suspensões em um homogeneizador de alta pressão sobre a estrutura das nanofibras foi estudada. Os tratamentos foram efetivos no isolamento de fibras de banana na escala nanométrica (10,9 - 22,6 nm). Conforme o aumento do número de passagens no homogeneizador, nanofibras de celulose mais estáveis, cristalinas e de menor comprimento foram obtidas. Na última etapa, as nanofibras isoladas foram incorporadas na elaboração de nanocompósitos de amido da mesma fonte. As propriedades desses nanocompósitos foram comparadas com as de um filme de amido sem adição de nanofibras (controle), a fim de estudar o efeito deste reforço. Os nanocompósitos apresentaram uma melhora significativa nas propriedades tensão na ruptura, módulo de Young, resistência à água, opacidade e cristalinidade. Uma homogeneização mais drástica (7 passagens) promoveu a degradação das nanofibras, acarretando numa piora das propriedades do nanocompósito resultante, portanto, a condição de tratamento mecânico mais adequada foi de 5 passagens. As propriedades dos nanocompósitos foram relacionadas com as características físico-químicas das nanofibras incorporadas e também com a boa compatibilidade apresentada entre os biopolímeros amido e nanofibras, uma vez que estes foram obtidos da mesma fonte vegetal / Abstract: This doctor thesis aimed to study the potential use of the starch, flour, and nanofibers obtained from unripe bananas of the variety "Terra" (Musa paradisiaca) to develop biodegradable films. In the first stage of the work, banana starch and flour were characterized on the basis of their physicochemical, functional, and thermal properties. Both raw materials exhibited considerable starch content (94.8 and 83.2%, respectively) with high amylose (35.0 and 23.1%, respectively) and resistant starch (49.5 and 50.3%, respectively), besides fibers, proteins, and lipids. In the second stage, films based on the banana flour were prepared according to an experimental design. The results were statistically analyzed using the response surface methodology which, along with the desirability function, furnished the optimum formulation and process conditions (19% for glycerol concentration, 81 ºC for process temperature, 54 ºC for drying temperature, and 48% for relative humidity). Films produced under these conditions presented tensile strength of 9.2 MPa, elongation at break of 24.2%, Young's modulus of 583.4 MPa, water vapor permeability (WVP) of 2.1 x 10-10 g/m.s.Pa, and opacity of 51.3%. In the third stage of the work, films from banana flour and starch were produced and the effect of fibers, proteins, and lipids on the properties of the flour film was studied. The results showed that the flour film was more flexible, soluble in water and opaque as well as less crystalline and mechanically resistant than the starch film. Compared with the starch film, the microstructure of the flour film has flawed surface, less dense cross-section, and small cracks. In the fourth stage, the banana peel (byproduct from fruit processing) was treated chemically and mechanically, to obtain cellulose nanofibers. The influence of the number of passages (0, 3, 5, and 7) in a high-pressure homogenizer on the structure of the nanofibers was investigated. The treatments were able to isolate the banana fibers in the nanometer scale (10.9 - 22.6 nm). Increasing the number of passages in the homogenizer afforded more stable, more crystalline, and less long cellulose nanofibers. In the last stage, the cellulose nanofibers were incorporated into starch nanocomposites from the same source. The properties of these nanocomposites were compared with those of a starch film without nanofibers (control), in order to study the effect of this reinforcement. The nanocomposites exhibited significantly improved tensile strength, Young's modulus, water resistance, opacity, and crystallinity. A more drastic homogenization (seven passages) degraded the nanofibers, deteriorating the properties of the resulting nanocomposite. Thus, the most suitable mechanical treatment condition involved five passages. The properties of the nanocomposites are a function of the characteristics of the nanofibers, such as crystallinity, zeta potential, and aspect ratio; they also depend on the compatibility between the starch and the nanofibers, which were obtained from the same plant source / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

O microbioma intestinal influencia de maneira positiva e/ou negativa o bem estar e o equilíbrio da saúde no organismo humano. Carboidratos não disponíveis, tais como frutanos e amido resistente (encontrado na farinha de banana verde), são ingredientes funcionais que resistem à digestão, estimulam o peristaltismo e o trânsito intestinal, e podem aumentar população de bactérias benéficas. O presente estudo teve como objetivo avaliar o impacto do consumo regular e descontinuado (durante 6 semanas e 3 vezes por semana) de sopas adicionadas de inulina (8 g) ou farinha de banana verde (FBV) (8 g), sobre o funcionamento intestinal em voluntários saudáveis. Para a avaliação do funcionamento intestinal, o questionário semanal Gastrointestinal Symptom Rating Scale foi validado para o idioma português (Brasil), apresentando alfa de Cronbach de 0,82 e correlação intraclasse de 0,83. Além desta ferramenta, também foi utilizado um questionário diário de hábito gastrintestinal, que inclui a Escala de Bristol. Após o consumo das sopas adicionadas de inulina, os voluntários apresentaram redução na consistência das fezes, aumento na frequência de evacuações e na necessidade de evacuar, entretanto foi observado aumento leve de flatulência. O grupo que consumiu sopas adicionadas com FBV apresentou redução na consistência das fezes, no tempo de trânsito intestinal, nas dores abdominais e na sensação de esvaziamento incompleto do intestino, e aumento na frequência diária de evacuações. Dessa forma, estes carboidratos não disponíveis, na frequência e período de consumo estudados, podem melhorar o funcionamento intestinal, sem causar efeitos de desconforto gastrintestinal / The intestinal microbiome can positively and / or negatively influence both well-being and health balance in the human body. Unavailable carbohydrates, such as fructans and resistant starch (present in unripe banana flour) are functional ingredients that resist digestion, stimulate peristalsis and intestinal transit, and may increase the population of beneficial bacteria. The present study aimed to assess the impact of regular and discontinued consumption (for 6 weeks and 3 times per week) of soups added inulin (8 g) or unripe banana flour (UBF) (8 g), on intestinal function of healthy volunteers. For the evaluation of intestinal function, the weekly questionnaire Gastrointestinal Symptom Rating Scale was validated to Portuguese (Brazil), with Cronbach\'s alpha 0.82 and intraclass correlation 0.83. Besides this tool, a daily questionnaire of gastrointestinal habits was also used, which included the Bristol Stool Form Scale. After consumption of soups added inulin, the volunteers presented a reduction on stool consistency, increased frequency of bowel movements and evacuating need, however slightly increased flatulence was observed. The group that consumed soup added UBF presented a decrease in stool consistency, intestinal transit time, abdominal pain and sensation of incomplete bowel emptying, and an increase in the frequency of bowel movements. Therefore, these unavailable carbohydrates, when consumed in the frequency and period of the present study, can improve bowel function without causing any gastrointestinal discomfort

A farinha de banana verde (FBV), fonte de amido resistente, pode melhorar o funcionamento intestinal de indivíduos saudáveis, porém, esta propriedade ainda não foi estudada em voluntários com enfermidades que causam constipação intestinal. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do consumo regular e não diário da farinha de banana verde sobre o funcionamento intestinal de pacientes diabéticos, com constipação intestinal, doença renal crônica, tratados com hemodiálise. Em ensaio clínico prospectivo, modelo cross-over, 21 pacientes do Centro de Nefrologia de Amparo-SP foram divididos em dois grupos, que consumiram 11,3 g de FBV ou 4 g de maltodextrina, três vezes por semana, por seis semanas, com período de washout de 30 dias. O funcionamento intestinal foi avaliado pelo Gastrointestinal Symptom Rating Scale e questionário de funcionamento intestinal diário com Escala de Bristol. Também foram avaliadas a qualidade de vida pelo Medical Outcomes Study Questionnaire 36 - Item Short Form Health Survey e as concentrações plasmáticas de jejum de glicose, insulina, colesterol total e frações, triacilgliceróis, potássio e fósforo dos pacientes. Com o consumo da FBV houve redução significativa de distensão abdominal (p=0,019), flatulência (p=0,021), fezes duras (p=0,008) e sensação de esvaziamento incompleto do intestino (p=0,000). Na primeira semana de consumo da FBV, o número de evacuações aumentou (p=0,003) e a consistência das fezes melhorou (p=0,001). Não foram observadas diferenças na qualidade de vida. As concentrações plasmáticas de jejum de glicose (p=0,012) e potássio (p=0,020) foram significativamente reduzidas. Como a constipação intestinal é uma das queixas predominantes de pacientes diabéticos tratados com hemodiálise, a farinha de banana verde pode contribuir de forma eficaz com o tratamento desse sintoma e adicionalmente, melhorar parâmetros bioquímicos importantes no tratamento desses pacientes. / Unripe banana flour (UBF), a resistant starch source, is able to improve bowel function in healthy subjects; however, this property has not been studied in subjects with diseases that may cause constipation. The aim of this study was to evaluate the effect of regular, non-daily consumption of UBF on bowel function of diabetic patients with constipation, chronic renal disease and treated with hemodialysis.In a prospective clinical trial, cross-over designed, 21 patients who were treated in the Nephrology Center of Amparo city (SP, Brazil) were divided into two groups, which consumed 11.3 g of UBF or 4 g of maltodextrin, three times a week during six weeks with a washout period of 30 days. The bowel function was assessed by the Gastrointestinal Symptom Rating Scale and by a daily bowel function questionnaire with the Bristol Stool Scale. It were also evaluated the quality of life by the Medical Outcomes Study Questionnaire 36 - Item Short Form Health Survey and plasma concentrations of fasting glucose, insulin, total cholesterol and its fractions, triglycerides, potassium and phosphorus. The consumption of UBF led to significant reduction of abdominal distension (p = 0.019), flatulence (p = 0.021), hard stools (p = 0.008) and feeling of incomplete bowel evacuation (p = 0.000). In the first week of UBF consumption, patients related an increased number of evacuation (p = 0.003) and better stool consistency (p = 0.001). It was observed no differences in quality of life. The concentrations of fasting plasma glucose (p = 0.012) and potassium (p = 0.020) were significantly reduced. As the constipation is one of the predominant complaints of diabetic patients treated with hemodialysis, unripe banana flour can contribute effectively to the treatment of this symptom and additionally improve important biochemical parameters in the treatment of these patients.

A farinha de banana verde (FBV), fonte de amido resistente, pode melhorar o funcionamento intestinal de indivíduos saudáveis, porém, esta propriedade ainda não foi estudada em voluntários com enfermidades que causam constipação intestinal. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do consumo regular e não diário da farinha de banana verde sobre o funcionamento intestinal de pacientes diabéticos, com constipação intestinal, doença renal crônica, tratados com hemodiálise. Em ensaio clínico prospectivo, modelo cross-over, 21 pacientes do Centro de Nefrologia de Amparo-SP foram divididos em dois grupos, que consumiram 11,3 g de FBV ou 4 g de maltodextrina, três vezes por semana, por seis semanas, com período de washout de 30 dias. O funcionamento intestinal foi avaliado pelo Gastrointestinal Symptom Rating Scale e questionário de funcionamento intestinal diário com Escala de Bristol. Também foram avaliadas a qualidade de vida pelo Medical Outcomes Study Questionnaire 36 - Item Short Form Health Survey e as concentrações plasmáticas de jejum de glicose, insulina, colesterol total e frações, triacilgliceróis, potássio e fósforo dos pacientes. Com o consumo da FBV houve redução significativa de distensão abdominal (p=0,019), flatulência (p=0,021), fezes duras (p=0,008) e sensação de esvaziamento incompleto do intestino (p=0,000). Na primeira semana de consumo da FBV, o número de evacuações aumentou (p=0,003) e a consistência das fezes melhorou (p=0,001). Não foram observadas diferenças na qualidade de vida. As concentrações plasmáticas de jejum de glicose (p=0,012) e potássio (p=0,020) foram significativamente reduzidas. Como a constipação intestinal é uma das queixas predominantes de pacientes diabéticos tratados com hemodiálise, a farinha de banana verde pode contribuir de forma eficaz com o tratamento desse sintoma e adicionalmente, melhorar parâmetros bioquímicos importantes no tratamento desses pacientes. / Unripe banana flour (UBF), a resistant starch source, is able to improve bowel function in healthy subjects; however, this property has not been studied in subjects with diseases that may cause constipation. The aim of this study was to evaluate the effect of regular, non-daily consumption of UBF on bowel function of diabetic patients with constipation, chronic renal disease and treated with hemodialysis.In a prospective clinical trial, cross-over designed, 21 patients who were treated in the Nephrology Center of Amparo city (SP, Brazil) were divided into two groups, which consumed 11.3 g of UBF or 4 g of maltodextrin, three times a week during six weeks with a washout period of 30 days. The bowel function was assessed by the Gastrointestinal Symptom Rating Scale and by a daily bowel function questionnaire with the Bristol Stool Scale. It were also evaluated the quality of life by the Medical Outcomes Study Questionnaire 36 - Item Short Form Health Survey and plasma concentrations of fasting glucose, insulin, total cholesterol and its fractions, triglycerides, potassium and phosphorus. The consumption of UBF led to significant reduction of abdominal distension (p = 0.019), flatulence (p = 0.021), hard stools (p = 0.008) and feeling of incomplete bowel evacuation (p = 0.000). In the first week of UBF consumption, patients related an increased number of evacuation (p = 0.003) and better stool consistency (p = 0.001). It was observed no differences in quality of life. The concentrations of fasting plasma glucose (p = 0.012) and potassium (p = 0.020) were significantly reduced. As the constipation is one of the predominant complaints of diabetic patients treated with hemodialysis, unripe banana flour can contribute effectively to the treatment of this symptom and additionally improve important biochemical parameters in the treatment of these patients.