Orientador: Pilar Rodriguez de Massaguer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T01:44:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_AlessandraReginadaSilva_D.pdf: 2932913 bytes, checksum: a22dc65d180eab3917e06501dc994ccc (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta pesquisa teve por objetivos: a. enumerar os Clostridium psicrotróficos na forma vegetativa e esporulada presentes em cortes bovinos embalados a vácuo e resfriados, deteriorados e não deteriorados; b. caracterizar e identificar estes isolados bioquímica e geneticamente, comparando a precisão entre as duas metodologias; c. monitorar as possíveis fontes de Clostridium psicrotróficos junto à linha de produção em frigorífico no interior do estado de São Paulo; d. testar a habilidade dos isolados, identificados como Clostridium psicrotróficos e recuperados tanto a partir dos cortes bovinos quanto a partir de diversas etapas ao longo da linha de produção do frigorífico, em reproduzir o defeito de estufamento quando inoculados em altas populações em cortes bovinos e acondicionados em embalagens a vácuo e termoencolhimento sob condições praticadas pela indústria (6mBar/83°C-3s) ; e. avaliar se diferentes níveis de vácuo e termoencolhimento teriam efeito sobre as características do estufamento dos isolados que melhor reproduziram o defeito; f. analisar as características físicas das embalagens primárias e secundárias bem como possíveis danos após simulação de transporte para distância de 500km que pudessem favorecer a incidência de Clostridium psicrotrófico ou outras espécies contaminantes. Para as enumerações foram utilizadas 8 amostras deterioradas (6 contra-filés, 1 cupim bovino e 1 picanha bovina) e 5 não deterioradas (contra-filé), sendo analisados: exsudato (1mL), superfície (100cm2) e interior do corte cárneo (25g). As subamostras foram submetidas à enumeração de anaeróbios psicrotróficos vegetativos (Reinforced Clostridial Médium - RCA, 5% de sangue de carneiro desfibrilado estéril, 5% de glicose e 1,5% de Agar, RCM modificado), anaeróbios esporulados ativados pelo calor e pelo álcool, em Perfringens Agar Base (PAB, Oxoid, com 5% de solução de gema de ovo estéril, 15000UI polimixina/500mL e 6mg Kanamicina/500mL, PKP; 200mg cicloserina/500mL (PC)). Os 17 isolados caracterizados preliminarmente como Clostridium foram submetidos ao teste de sensibilidade ao metronidazol. Aqueles com halos de inibição = 3,5mm tiveram seu perfil fenotípico analisado mediante kit API 20A (bioMeriéux) e seu perfil genético analisado (sequênciamento do gene 16S rRNA). O isolamento no ambiente do frigorífico foi realizado a partir das fezes, couro e amostras provenientes do corredor de atordoamento e sangria, sala de desossa, esteiras de corte e embalagem, através de coleta por swabs acondicionados em caldo PYGS em anaerobiose por 4 semanas a 4 e 15°C. Após, as amostras foram plaquea das em meio RCA e SFP (Shahidi Ferguson Perfringens) por 1 mês, caracterizadas e isoladas as colônias diferenciadas e ainda submetidas a confirmação, de gênero, para Clostridium. Os 2 isolados, provenientes de cultivo a 4°C confir mados como Clostridium, foram identificados utilizando mesma metodologia descrita anteriormente para isolados provenientes do corte cárneo. O teste de habilidade de reprodução do defeito de estufamento foi realizado com 12 linhagens, isoladas na primeira etapa da pesquisa, sendo 10 provenientes de cortes cárneos (8 identificados como C.gasigenes e 2 como C.algidicarnis) e 2 isoladas da linha de produção em frigorífico (C.gasigenes). Este teste foi realizado sob condições praticadas na indústria (6mBar com termoencolhimento 83°C/3s), inoculando-se nas superfícies dos bifes ( 10x5x2cm) de contra-filé, 1mL de suspensão padronizada em 108UFC/mL, obtendo-se 106UFC/50cm2. A incubação dos cortes bovinos inoculados juntamente, com 2 controles positivos (inoculados com C.estertheticum) e 2 controles negativos (sem inoculo) foi conduzida a 2° e 15°C por 8 semanas. Os 3 isolados (2 provenien tes dos cortes cárneos ¿ C.algidicarnis e C.gasigenes e 1 proveniente do frigorífico ¿ C.gasigenes) que melhor reproduziram as características do estufamento, seguiram para testes de influência de diferentes níveis de vácuo (6 e 9mBar) e temperaturas de termoencolhimento (83, 84 e 87°C) sob o tempo para aparecimento e intensidade do defeito. Também foram avaliados os sistemas de embalagem primário e secundário a fim de detectar falhas em ambos os sistemas que pudessem favorecer a incidência de espécies de Clostridium psicrotróficas. Mediante teste de simulação de transporte (norma ASMD4169-08, para caminhões) simulou-se o efeito de um percurso de 500km sobre as embalagens primárias e secundárias. Nas carnes deterioradas foi notado esverdeamento, aumento nos valores de pH e odores putrefativos e butíricos. As enumerações de psicrotróficos anaeróbios vegetativos, nas amostras deterioradas, atingiram níveis altíssimos (1014UFC/mL de exsudato). Quanto às formas esporuladas ocorreu predominância das ativadas pelo calor (105UFC/mL), sendo também recuperadas nas amostras não deterioradas. Bacillus facultativos psicrotróficos foram a flora dominante nas amostras deterioradas e não deterioradas com 50 e 70%, respectivamente. Das 17 linhagens, provenientes dos cortes cárneos, suspeitas de serem Clostridium apenas 10 foram confirmadas, destas, apenas 4 apresentaram perfis fenotípico e genético coincidentes (C1I13ESUPPKP; C2I2EXRCM; C4I8RCMEX; C2I5EXCHPC, sendo as 3 primeiras C.gasigenes e a última C.algidicarnis). Destes 10, 8 foram identificadas como C.gasigenes e 2 como C.algidicarnis. É importante enfatizar que em apenas 3 das 8 amostras de cortes cárneos deteriorados analisados (com estufamento), foram recuperados Clostridium psicrotrófico, ou seja, nas demais amostras onde estas espécies não foram recuperadas, a microflora causadora do estufamento pode ser um grupo heterogêneo composto por Bacillus psicrotróficos facultativos, que nesta pesquisa corresponderam a 50% da contaminação para as amostras deterioradas e, muito provavelmente, bactérias ácido lácticas e enterobactérias, conforme já detectado, em pesquisa paralela utilizando as mesmas amostras. Nos ambientes do frigorífico, temperaturas de 15°C fo ram medidas em locais que deveriam estar com temperaturas entre 0-6°C ou no máximo 7°C. A partir das superfícies de contato do frigorífico, fezes e chão, foram recuperados 38 isolados. Destes, apenas 2, 1 recuperado do couro e outro do corredor de abate/esteira de corte (mesmo isolado encontrado nos dois ambientes), foram identificados como Clostridium, os demais foram caracterizados como Bacillus facultativos psicrotróficos. Estes 2 foram identificados como C.gasigenes. A ocorrência destes isolados na forma viável junto à esteira de corte representa grande risco a carne pois uma vez arrastado ao produto final será um potencial causador do defeito de estufamento. Quanto aos ensaios de reprodução do defeito de estufamento, observou-se que a temperatura de 15°C acelerou a tempo para aparecimento dos primeiros sinais de estufamento, passando de 30 dias a 2°C pa ra 4 dias a 15°C e o isolado que melhor e mais rapidamente reproduziu as características do estufamento foi o C2I5EXCHPC (C.algidicarnis), com produção de gás, proteólise e alterações de pH (de 5.5 para 7.5) após 4 dias/15°C e 30 dias/2°C. Resultados similares foram obtidos para o controle positivo (C.estertheticum). Os outros 2 isolados que também reproduziram rápida e intensamente o estufamento foram C2I8EXCHPC e LMI13CA/EC ¿ isolado a partir do corredor de abate/esteira de corte junto ao frigorífico, ambos identificados como C.gasigenes, cabendo esclarecer que o defeito, para estes dois isolados, não foi tão intenso quanto para o C2I5EXCHPC. Todos os isolados foram capazes de reproduzir o defeito de estufamento ao final de 8 semanas de incubação a 15°C, enquanto que, a 2°C, somente 5 tiveram esta capacidade. Assim, temperaturas de abuso de refrigeração (15°C) aceleram o tempo para aparecimento dos primeiros sinais de estufamento por Clostridium e a temperatura de 2°C não é capaz de impedir a ocorrência deste defeito. Amostras inoculadas com C2I5EXCHPKP (C.algidicarnis) e submetidas a termoencolhimento a 83°C e 84°C/6mBar apresentaram períodos similares para aparecimento dos primeiros sinais de deterioração (~14 dias), entretanto, aplicando termoencolhimento a 87°C, foi observado um incremento neste tempo para 4 semanas. Assim sendo, considerando-se o nível de vácuo de 6mBar (aplicado pela indústria) a deterioração somente seria retardada, mas não deixaria de existir, aplicando-se um termoencolhimento a 87°C/3s, provav elmente porque nesta condição as células mais termosensíveis são inativadas. Por outro lado, as amostras tratadas com condições similares de termoencolhimento mas com nível de vácuo de 9mBar, apresentaram decréscimo no tempo de deterioração de 14 para 4 dias quando se aplicou 83 e 84°C/3s, d emonstrando que este vácuo maior estimula espécies de Clostridium. Entretanto, nas amostras tratadas com termoencolhimento a 87°C os primeiros sinais de deterioração somente foram observados após 7 semanas a 1°C. Assim, a condição de vácuo/termoencolhimento que mais prolongou a vida de prateleira da carne, quando inoculada, foi 87°C/9mBar, mas esta condição não impediu o desenvo lvimento do C.algidicarnis e o tempo de atraso do defeito de estufamento ainda foi inferior ao prazo de vida útil do produto. As embalagens primárias e secundárias analisadas estavam de acordo com as especificações do fabricante. Quanto à simulação de transporte, após o percurso de 500km apenas 1 embalagem primária demonstrou alterações que pudessem favorecer a atividade de anaeróbios facultativos. Por esta pesquisa, observou-se coincidência entre a flora encontrada nas superfícies do frigorífico e a flora recuperada a partir das amostras deterioradas. Além disso, a condição mais severa de termoencolhimento e vácuo aplicados (87°C/3s/9mBar), somente foi capaz de retardar o tempo para aparecimento do defeito de estufamento não o impedindo. Mesmo este tempo maior ainda foi inferior ao prazo de validade do produto. Sendo assim, pode-se inferir que a prevenção do defeito de estufamento não deve residir apenas na eliminação de células vegetativas de ambientes de planta mas também na eliminação de esporos que, uma vez arrastados para a embalagem, poderão germinar tornandose potenciais causadores do defeito de estufamento, além, é claro, da manutenção de ambientes de produção e estocagem em temperaturas inferiores a 2°C e higiene adequada durante a manipulação das carcaças e retirada do couro. Em adição, ficou comprovado que o abuso de temperatura de refrigeração acelera o estufamento de embalagens no caso de espécies de Clostridium psicrotróficos estarem presentes, principalmente C.algidicarnis, e que, as condições de vácuo/termoencolhimento aplicadas atualmente pela maioria das indústrias (83°C/3s/6mBar) não se apres entam como barreira eficiente à prevenção do defeito de estufamento na carne bovina embalada a vácuo / Abstract: This research aimed at: a. to enumerate psychrotrophic clostridia vegetative and spores from spoiled and unspoiled chilled vacuum packed red meat; b. to characterize and identify the isolates biochemical and genetically, comparing precision between then; c. to determine possible preslaughter and processing sources of psychrotrophic clostridia causing spoilage of vacuum packed red meats; d. assessment of blowing ability of Clostridium isolates at industrial conditions (6mBar/83°C-3s); e. to evaluate different vacuum and heat shrinking treatments on blown characteristics of the best representative isolates; f. to analyze physical characteristics of primary and secondary packs as well as possible damages after transport simulation (500km) that could lead to psychrotrophic Clostridium and other contaminant species incidence. For enumeration 8 spoiled samples (6 strip-loin, 1 hump beef and 1 rump cap beef) and 5 unspoiled (strip-loin): drip (1mL), surface (100cm2) and deep tissue (25g), were analyzed. Sub-samples were analyzed for vegetative psychrotrophic anaerobes (Reinforced Clostridial Medium - RCA, 5% of sterile defibrinated sheep blood, 5% of glucose and 1.5% of Agar, modified RCM); sporeforming anaerobes were counted by alcohol and heat treatment on Perfringens Agar Base (PAB, Oxoid, containing 5% sterile egg-yolk solution, 15000UI polymixin/500mL e 6mg kanamycin/500mL, PKP; 200mg cycloserin/500mL (PC)). For the 17 isolates characteried as clostridia, metronidazole test was applied for genera determination of Clostridium, isolates with inhibition zones = 3.5mm were phenotypical (by API 20A ¿ bioMeriéux) and genetically (16S rRNA sequence) identified. The slaughterhouse survey was conducted from feces, leather, stunning aisle, boning room, meat cutting conveyor belt and packing conveyor belt by sterile swabs inoculated in PYGS medium, incubated anaerobically at 4 and 15°C/4 weeks. Afte r incubation, loopfuls of the enrichments were directly streaked onto the surface of RCA and SFP (Shahidi Ferguson Perfringes), incubated for a month and then the different colonies were characterized and forwarded to genera confirmation. The confirmation of blowing ability was conducted with 12 strains, isolated from first stage of this research: 10 from red meats (8 identified as C.gasigenes and 2 as C.algidicarnis) and 2 from slaughterhouse (C.gasigenes). This test was conducted under industrial practices (6mBar, 83°C/3s), inocul ating sterile strip-loin beefs surfaces (10x5x2cm) with 1mL of vegetative cells suspension (108CFU/mL), obtained 106CFU/50cm2. Inoculated samples with 2 positive controls (inoculated with C.estertheticum) and 2 negative controls (uninoculeted samples) were performed at 2 and 15°C / 8 weeks. The three best representative isolates (2 from meat samples ¿ C.algidicarnis e C.gasigenes and 1 from slaughterhouse ¿ C.gasigenes) were tested for blown characteristics conducted at different vacuum (6 and 9mBar) and heat shrinking (83, 84 and 87°C) treatments to evaluate the time to first sign of blow pack and spoilage magnitude. The primary and secondary pack systems were evaluated for failures that support the psychrotrophic Clostridium incidence. Effects of a 500km route on primary and secondary packs were measured by transport simulation test (ASMD4169-08, for trucks). Spoiled samples showed green discoloration, increase of pH values and putrefactive and butyric odors. For these samples, the psychrotrophic vegetative anaerobic counts reached very high levels (1014CFU/mL of drip). Concerning sporeforming the heat activated ones were predominant (105CFU/mL) and also were recovered for unspoiled samples. Psychrotrophic facultative Bacillus was the dominant flora in analyzed samples (50% for spoiled and 70% for unspoiled). From 17 Clostridium suspect strains only 10 were confirmed and these 4 showed phenothypical and genetical coincident profiles (C1I13ESUPPKP, C2I2EXRCM and C4I8RCMEX ¿ C.gasigenes; C2I5EXCHPC ¿ C.algidicarnis). Concerning these 10 Clostridium isolates, 8 were identified as C.gasigenes and 2 as C.algidicarnis. It is important to emphasize that only 3 spoiled samples provided psychrotrophic Clostridium isolation, others spoiled samples flora were heterogeneous group, composed by facultative psychrotrophic Bacillus, that represented 50% of isolates from spoiled samples, and, probably, lactic acid bacteria and enterobacteria, according to Chaves (2010), in parallel research using same samples. Inside the slaughterhouse, ambient temperatures of 15°C were observed for places that should be at 0-6°C or 7°C (maximum). From slaugther house ambient and contact surfaces 38 isolates were recovered but only 2, 1 from leather and 1 for stunning aisle/meat cutting conveyor belt (same isolate from both points), were identified as Clostridium, other were characterized as psychrotrophic facultative Bacillus. These 2 isolates were identified as C.gasigenes. The occurrence of viable Clostridium on meat cutting conveyor belt is a risk for meat as a focus of blown pack spoilage clostridia. For confirmation blowing ability tests, abuse temperature decrease the time to first sign of blown pack from 30 days at 2°C to 4 days at 15°C and the isolate that better reproduce (more quickly) the spoilage was C2I5EXCHPC (C.algidicarnis) showing gas production, proteolysis and pH alteration (5.5 to 7.5) after 4 days/15°C and after 30 days/2°C. Similar results we re obtained for C.estertheticum (positive control). In addition, others two isolates that also quickly reproduced the spoilage were C2I8EXCHPC and LMI13CA/EC ¿ isolated from stunning aisle/meat cutting conveyor belt slaughterhouse, both identified as C.gasigenes, however the defect was not intense than for samples inoculated with C2I5EXCHPC (C.algidicarnis). All isolates were capable to reproduce the spoilage at the end of 8 weeks at 15°C while at 2°C, only 5 iso lates reproduce the defect. So, abuse temperature (15°C) accelerate the onset of Clostridium mediate blown pack spoilage and 2°C does not control it. Samples inocu lated with C2I5EXCHPKP (C.algidicarnis) treated with heat shrink of 83 e 84°C/6mBar showed similar perio ds for initial spoilage (~14 days), but applying heat treatment at 87°C, it was observed an increase in t his period to 4 weeks. So, using vacuum at 6mBar (industrial practice) the deterioration is retarded, but does not cease to exist, applying heat shrink of 87°C/3s, probably because this condition inactivated some heat sensitive spores. On other side, samples treated with same conditions of heat shrink but applying vacuum at 9mBar showed a decrease of time to spoilage from 14 to 4 days at 83 and 84°C/3s as lower vacuum may stimulate clostridia germination. However, for samples heat shrinked at 87°C the initial spoilage was only observed after 7 weeks at 1°C. So the condition th at more extended meat shelf-life, when inoculated, was 87°C /9mBar, but this condition not prevented C.algidicarnis development and delay of blown pack was still smaller than product shelf-life. Primary and secondary packs were according to manufacture¿s specifications. Concerning transport simulation, after 500km only one primary pack showed alterations that could support facultative anaerobes activity. In this research, it was observed coincidence between slaughterhouses and spoiled samples flora. Besides, the more rigorous condition applied (87°C/3s/9mBar) was only capable to retard the blown pack not inhibit and the time to deterioration first sign was smaller than product shelf-life. In regard to this fact, the defect prevention of blown pack spoilage is associated with the elimination of vegetative and sporeformers from slaughterhouses that after germination process could induce spoilage, besides, temperature control of production lines and storage environment at = 2°C, must be apply. In addition, abuse temperature accelerate the onset of Clostridium mediate blown pack spoilage, if psychrotrophic clostridia are present, in special, C.algidicarnis, and the industry process condition (vacuum and heat shrink - 6mBar/83°C/3s) are not capable to prevent the spoilage, being necessary the application of more efficient hurdles as efficient sanitization of process line as well as reduce temperature of the refrigerate environment / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Jose de Assis Fonseca Faria / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-09T22:23:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nishi_LucieneMarie_M.pdf: 860304 bytes, checksum: 4f40e930a46695dc3a9db8bcf94cf746 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho estudou um sistema comercial de embalagem a vácuo para carne bovina resfriada, alcatra (M. Gluteus medius) com relação à influência da temperatura de estocagem nos atributos de qualidade. As transformações na qualidade da carne foi avaliada com relação aos microrganismos deteriorantes (contagem padrão de mesófilos, bactérias láticas, psicrotróficos aeróbios e anaeróbios), coliformes fecais, Salmonella sp. e estafilococos coagulase positiva; aspectos físico-químicos (pH, exsudação, composição gasosa, nível de vácuo, cor, textura e perda na cocção) e aspectos sensoriais (aparência, aroma, sabor, maciez, suculência, impressão global e intenção de compra). Verificou-se que a temperatura (0, 2, 4, 7 e 10°C) interferiu em vários aspectos de qualidade da carne, afetando diretamente sua vida útil. A carne estocada a 0°C apresentou sinais nítidos de deterioração após 63 dias de armazenamento. O corte estocado a 2°C apresentou as mesmas características aos 49 dias, enquanto as estocadas a 4, 7 e 10ºC deterioram-se em 35, 21 e 15 dias, respectivamente. Não se detectou a presença de microrganismos estabelecidos pela RDC 12 (BRASIL, 2001), mas o desenvolvimento dos deteriorantes apresentou diferente perfil com o aumento da temperatura que, consequentemente, afetou outros parâmetros de qualidade. Foi observada uma tendência de queda nos valores de pH, possivelmente, provocada pela produção de ácidos orgânicos e de CO2, sendo que tal queda foi mais acentuada no exsudato. Observou-se, também, uma perda do vácuo ao longo da estocagem, devido à produção de CO2. A alteração de cor foi maior na superfície do que na parte interna do corte, notando-se uma regeneração da cor da carne, mesmo estando deteriorada. A exsudação, produção de CO2 e perda de massa por cocção aumentaram com o tempo e à temperatura de estocagem. Houve uma redução na força de cisalhamento, sendo essa inversamente proporcional ao tempo e temperatura de estocagem / Abstract: The objective of this research was to evaluate the efficiency of a commercial vacuum packaging system on the quality of beef (M. Gluteus medius) as affected by refrigeration temperature at 0, 2, 4, 7, and 10°C. The evaluation of the beef quality changes were based on: deteriorant microbial counts (aerobic plate, lactic bacteria, psychrotrophic aerobic, and anaerobic bacteria); fecal coliforms, Salmonella sp, and coagulase positive staphylococci; physicochemical characteristics (pH, exudation, gas composition, vacuum level, color, and texture, and cooking loss) and sensory (appearance, flavor, tenderness, juiciness, overall impression and purchase intention). It was not found any bacteria established by RDC 12 (BRASIL, 2001), but the deteriorant increased as a function of temperature and storage time, which consequently affected the beef quality. The changes caused by high microbial counts defined the end of shelflife of meat samples in 63, 49, 35, 21, and 15 days, respectively to 0, 2, 4, 7, and 10°C. The physicochemical changes also increased as function of temperature and storage time, but the sensory quality decreased accordingly. The typical red color changed to darker more at the surface than in the inner part of the beef and the blooming phenomenon happened even on the microbial spoiled beef. The production of CO2 by the microorganisms caused a decrease on the beef pH and more intensive on the exsudate. The CO2 evolution inside the package caused the loss of vacuum. The shear force value decreased within the time and storage temperature / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T10:03:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roos_Mathias_M.pdf: 4816472 bytes, checksum: 51a357faa29ccbd01723b1d6ca5abf27 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Na primeira parte deste trabalho amostras de diamante poli-cristalino dopado com boro foram crescidas por deposição química a vapor assistida por filamento quente. As características de emissão de campo foram investigadas. A dopagem (NB) em amostras diferentes foi variada pelo controle da concentração B/C no fluxo de gases durante o processo de crescimento. Os campos limiares (Eth) para emissão de campo foram medidos e relacionados com as concentrações B/C usadas. Assim, a influência das bordas entre os grãos, a dopagem e a morfologia da superfície na emissão de campo foram investigadas. A saturação da dopagem foi observada para altas concentrações B/C. O transporte de cargas através das bordas entre os grãos e as propriedades locais de emissão na superfície foram modeladas por dois mecanismos que afetam a emissão de campo. Correntes de emissão de 500 nA·cm-2 foram obtidas para campos elétricos de 8 V·µm-1. Na segunda parte desta tese, a construção de um novo sistema de ultra alto vácuo (UHV) para realizar medições de emissão de campo é descrita. A construção inclui o projeto integral de uma câmara de UHV com sistema de bombas, conjunto de manipuladores, suportes mecânicos e a infraestrutura do laboratório / Abstract: In the first part of this thesis, the study of field emission properties of hot filament chemical vapor deposited boron doped polycrystalline diamond is described. The doping level (NB) of different samples was varied controlling the B/C concentration in the gas feed during the growth processes. The threshold field (Eth) for electron emission in dependence on different B/C concentrations was measured and the influence of grain boundaries, doping level and surface morphology on the field emission properties was investigated. For high B/C ratios doping saturation was observed. Carrier transport through conductive grains and local emission properties of surface sites figured out to be two independent limiting effects on field emission. Emitter currents of 500 nA·cm-2 were obtained using electric fields less than 8 V·µm-1. In the second part the construction of a new UHV system for field emission measurements is described, including the complete project of a UHV chamber with pump system, manipulators and sample transfer system, mechanical supports and the infrastructural requirements of the laboratory / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Nos últimos 30 anos o crescimento paralelo das Ciências de Superfície tradicionais, em ambiente de ultra-alto vácuo (UHV), com a Eletroquímica levou ao nascimento de um novo campo interdisciplinar: Física de Superfície e Eletroquímica. Técnicas de ambas as áreas dão informações complementares e assim, quando realizadas em conjunto podem fornecer muitas respostas em nível atômico, estrutural e eletrônico quando o eletrodo está em contato com a solução eletrolítica. A intenção primordial dessa Dissertação foi o estudo fundamental das fases ricas em oxigênio presentes na superfície de Ru(0001) através de caracterizações eletroquímicas e morfológicas utilizando um sistema que permitiu o acoplamento de uma célula eletroquímica miniatura de fluxo a câmaras de UHV. Inicialmente exibi-se a modificação e a construção de equipamentos necessários para a preparação do sistema binário Au-Pt(111) e do óxido monocristalino Ru2O(110). Imagens de STM em escala morfológica mostraram o crescimento anisotrópico do filme de RuO2(110) sobre um substrato monocristalino de Ru(0001). Resultados obtidos através da técnica de Voltametria Cíclica na eletrooxidação de CO em RuO2(110) corroboraram cálculos teóricos sobre a estrutura da superfície quando esta em ambiente úmido. Superfícies modelos baseadas em ouro, crescido epitaxialmente sobre um substrato de Pt(111), foram preparadas no sistema de UHV. Dados eletroquímicos foram correlacionados às composições superficiais destas, mostrando o efeito do substrato prevalecendo sobre o efeito eletrônico. / In the last 30 years the parallel growth of the traditional Surface Science, under UHV environment, and Electrochemistry gave rise to a new interdisciplinary field: Surface Science and Electrochemistry. Techniques from both sciences give complementary information. Thus, in tandem, they are able to elucidate many atomic, structural and electronic phenomena, of an electrode in contact with a solution. The main goal of this Dissertation was the fundamental study of the Oxygen-rich Ru(0001) surface through electrochemical and morphologic characterizations using a coupled system which allowed the attachment of a miniature flow cell to UVH-chambers. Initially it is shown the construction and modifications of required equipments for the preparation of the binary system Au-Pt(111) and single crystal RuO2(110) oxide. Attainable morphological STM images demonstrated the anisotropic growth of the RuO2(110) over a Ru(0001) substrate. Results of the electrooxidation of CO on RuO2(110), obtained by means of Cyclic Voltammetry, corroborated theoretical calculations concerning the oxide superficial structure in a humid environment. Model surfaces based on Au, epitaxialy grown on a Pt(111) substrate, were prepared under UHV conditions. Electrochemical data and superficial composition were correlated, confirming that the substrate effect overcomes electronic strain effects.

Devido à relevância de filmes finos, as técnicas que são utilizadas para produzi-los e também para caracteriza-los tem se tornado importante. Neste contexto, foram analisados filmes finos de até 100 nm, de duas ligas metálicas (cromel e alumel), obtidos a partir da deposição por plasma de Arco Catódico Filtrado em Vácuo (Filtered Cathodic Vacuum Arc - FCVA). O objetivo deste projeto foi avaliar a similaridade em composição elementar entre os materiais utilizados para deposição, que operam como cátodos, e os filmes finos depositados, a partir de medições obtidas pela técnica de microanálise quantitativa Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Para comparação entre resultados e apreciação de compatibilidade, foi realizada avaliação estatística considerando o Teste t, no qual a estatística do teste é dada pela Distribuição t de Student, adotando nível de significância de 5%. Os valores obtidos por EDS Quantitativo para os cátodos foram de (em wt%) (90,3 ± 0,5)% de Ni e (9,72 ± 0,19)% de Cr para o cromel e (95,1 ± 0,8)% de Ni, (2,02 ± 0,14)% de Mn, (1,65 ± 0,04)% de Si e (1,15 ± 0,05)% de Al para o alumel. Já para os filmes finos, foram de (90,2 ± 0,5)% de Ni e (9,8 ± 0,5)% de Cr para o cromel e (95,2 ± 0,4)% de Ni, (2,8 ± 0,4)% de Mn, (0,77 ± 0,17)% de Si e (1,08 ± 0,09)% de Al para o Alumel, ambos apresentando compatibilidade com as medidas por Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) - técnica comumente utilizada para este tipo de espécime. Verificou-se que a composição elementar do filme fino de cromel não apresentou diferença significativa com o cátodo da mesma liga. Entretanto, para o filme fino de alumel, houve evidências de diferença significativa com relação ao cátodo, apontada pelo elemento silício. / Due the relevance of thin films, the techniques used to produce and also to characterize them has become important. In this context, it was analyzed thin films up to 100 nm of two alloys (Chromel and Alumel) obtained by plasma deposition using Filtered Cathodic Vacuum Arc (FCVA). The objective of this project was to evaluate the similarity in elemental concentration of the materials used for deposition, which act as cathodes, and the deposited thin films, through measurements obtained by quantitative microanalysis technique Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). In order to compare results and compatibility assessment was performed statistical analysis considering the t-test in which the test statistic is given by the Student\'s t - distribution, adopting a significance level of 5%. The values obtained by Quantitative EDS for the cathodes were (in wt%) (90.3 ± 0.5)% of Ni and (9.72 ± 0.19)% of Cr for the Chromel and (95.1 ± 0.8)% of Ni, (2.02 ± 0.14)% of Mn, (1.65 ± 0.04)% of Si and (1.15 ± 0.05)% of Al for the Alumel. As for the thin films, they were (90.2 ± 0.5)% of Ni and (9.8 ± 0.5)% of Cr for the Chromel and (95.2 ± 0.4)% of Ni, (2.8 ± 0.4)% of Mn, (0.77 ± 0.17)% of Si and (1.08 ± 0.09)% for Al Alumel, both featuring compatibility with the measures by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) - technique commonly used for this type of specimen. It was verified that the elemental concentration of the thin film of Chromel presented no significant difference with the cathode of the same alloy. However, for the Alumel thin film, there was evidence of a significant difference with respect to the cathode, appointed by element Silicon.

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.

A demanda por energia fotovoltaica vem aumentando a razão de mais de 20% ao ano no mercado internacional nos últimos dez anos. O silício com pureza entre 99,999% e 99,99999% é utilizado na fabricação de células fotovoltaicas. O silício metalúrgico tem pureza entre 98,5% e 99%. Este estudo visa investigar o refino a vácuo como um processo alternativo de menor custo para se obter o silício para células fotovoltaicas. Este processo pode remover o fósforo do silício, que é um dos elementos prejudiciais à célula fotovoltaica. Isso permitiria agregar valor à produção brasileira de silício metalúrgico, que alcança um preço de aproximadamente US$2,5 por quilo, enquanto o silício para células fotovoltaicas varia entre US$20 e 60 por quilo. Foram realizados experimentos de fusão em forno de indução a vácuo, variando parâmetros como temperatura, tempo e pressão. O teor de fósforo caiu de 33 ppm para cerca de 0,1 ppm e os resultados foram comparados com um modelo matemático da literatura. Conclui-se que o refino por este processo é tecnicamente viável. / The demand for photovoltaics is increasing at a ratio over 20 % per year in the international market in the last ten years. Silicon with purity of 99.999 % and 99.99999 % is used in the manufacture of photovoltaic cells. The purity of metallurgical silicon is between 98.5% and 99%. This study aims to investigate the vacuum refining process as a lower cost alternative to obtain silicon for photovoltaic cells. This process can remove phosphorus from silicon, which is a harmful element to the photovoltaic cell. This would add value to Brazilian production of metallurgical silicon, that reaches a price of approximately U.S.$ 2.5 per kilogram, while the silicon for photovoltaic cells varies between U.S.$ 20 and 60 per kilo . Melting experiments were performed in a vacuum induction furnace by varying such parameters as temperature, time and pressure. The phosphorus content dropped from 33 ppm to about 0.1 ppm and the results were compared with a mathematical model from literature. It is concluded that refining of this process is technically feasible.

A qualidade de sementes é fundamental para as decisões para a produção agrícola e as formas para determinar a qualidade de sementes requerem inúmeros estudos visando à semeadura. Adicionalmente é essencial que haja condições ideais de armazenamento até que as sementes sejam utilizadas estabelecidas em função da espécie e da temperatura e a umidade relativa do ar, e que são fundamentais para a manutenção do parâmetro fisiológico das sementes. Alguns pesquisadores têm afirmado que outros fatores podem contribuir significativamente para a deterioração das sementes durante o armazenamento, tal como o oxigênio. Dessa forma, nessa pesquisa foi avaliada a ação do oxigênio na deterioração das sementes de arroz durante o armazenamento. Num primeiro momento, a qualidade das sementes de arroz foi avaliada com a aplicação de técnicas multivariadas em contraste com a análise univariada, para classificar as sementes quanto ao parâmetro fisiológico. Em seguida, as sementes foram testadas quanto à qualidade ao serem submetidas ao aumento da pressão da atmosfera com o intuito de aumentar a interferência do oxigênio na qualidade das sementes. Complementarmente, foi avaliada a utilização de embalagem com aplicação de vácuo, para verificar a interferência na conservação dessas sementes. Há possibilidade de utilização da análise estatística multivariada para classificar as sementes de arroz quanto à qualidade. O oxigênio reduz a qualidade das sementes de arroz durante o armazenamento em condições em que há a redução da temperatura e da umidade relativa do ar. A embalagem com uso de vácuo é uma alternativa viável para reduzir a deterioração das sementes de arroz. / Seed quality is fundamental for decision for agricultural production. Ways to determine seed quality are targets of numerous studies to identify the quality of the lots for sowing. Once identified the quality of seeds, secured storage ideal conditions should be proceeded until the seeds are ready for use. Ideal conditions for seed storage are depending on the species, as temperature and air relative humidity, important for the maintenance of the physiological quality of seeds. Some researchers have raised the hypothesis that more factors can significantly contribute to the deterioration of seeds, such as oxygen. Through the chapters of this thesis sought to evaluate the oxygen action in the deterioration of rice seeds during storage. At first it evaluated the quality of the seeds with the use of multivariate techniques in contrast to the univariate analysis to classify seeds as the physiological. Then seeds were tested for quality being subjected to high-pressure atmosphere in order to enhance the effects of oxygen on the seed deterioration. Finally, an additional chapter discusses the use of application of vacuum packaging to verify the effect on conservation. It is concluded that the multivariate statistical analysis is a potential tool to classify rice seeds as quality. Oxygen reduces the quality of rice seeds during storage under conditions of lower temperature and relative humidity and vacuum packing is a good alternative to decrease seed deterioration.

Construiu-se um acelerador de elétrons de baixa energia (Máximo de 20 KeV). Como fonte de elétrons utilizou-se um canhão de elétrons de cinescópio preto e branco, ou seja, com um único emissor termiônico. A energia do feixe eletrônico pode ser continuamente variada desde 0 a 20 KeV. A corrente eletrônica pode ser variada desde um valor mínimo de 10-12A a 3&#956A, permanecendo constante no tempo uma vez fixado o seu valor. Através da focalização ou desfocalização da imagem do feixe de elétrons, é possível variar-se a área irradiada desde um diâmetro mínimo de 1 milímetro a um máximo de 6 cm. A pressão final atingida nas câmaras de vácuo foi da ordem de 10-7Torr. Durante o funcionamento do canhão de elétrons, o cátodo do mesmo é danificado devido ao bombardeamento de íons em sua superfície. Para examinarmos o grau de danificação causado por este bombardeamento iônico, basta focalizarmos e examinarmos a imagem de feixe eletrônico sobre uma tela luminescente. Deve-se ressaltar que todo o acelerador de elétrons foi construído a partir de materiais e componentes totalmente nacionais. O acelerador de elétrons foi aplicado para estudar efeitos de irradiação de elétrons em Teflon usando-se o método do Split Faraday Cup. Foram medidas correntes transitórias de carga e descarga e determinaram-se o alcance médio dos elétrons e o valor da condutividade induzida pela radiação. / We have constructed a low energy electron accelerator (maximum energy 20 KeV). A black and white kinescope electron gun, with a single thermionic emitter was used as an electron source. The energy of electron beam can be changed continuously from 0 to 20 KeV. The intensity of the current can be changed from a minimum of 10-12A to a maximum of 3&#956A, and can be maintained constant in time after its value has been fixed. The irradiated area can be changed from a diameter of 1 millimeter to a maximum of 6 centimeter, by focalizing or defocalizing the image of electron beam. The final pressure reached in vacuum chambers was 10-7Torr. During operation the surface of cathode of electron gun is damaged by ion bombardment. The degree of damage can be checked if the cathode image is focalized and examined on a luminescent screen. The accelerator was used to study electron irradiation effects in Teflon, employing the method of the Split Faraday Cup. Transient charging and discharging currents were measured. The average range of electrons of the electrons and induced conductivity were determined.

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:30:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_JulioPereira_M.pdf: 1976654 bytes, checksum: 7db1c6ceb65b53e42be6af7e578eb0f0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Unidades de vácuo para destilação de petróleo são estudadas neste trabalho. A destilação a vácuo é empregada para frações pesadas do petróleo, com vastas aplicações em processamento de crus pesados e ultra-pesados, motivado pelas dificuldades em se processar estes crus a pressão atmosférica devido ao alto ponto de ebulição dos componentes em suas composições. Estes compostos podem ser facilmente decompostos se não forem destilados abaixo da pressão atmosférica. Os produtos obtidos desta unidade são usados como insumos para a Unidade de Craqueamento Catalítico (UCC). Adotaram-se dois tipos de crus neste trabalho. Estes crus foram estabelecidos e caracterizados em um ambiente de simulação. Diferentes blends dos óleos foram considerados. Como unidades de vácuo estão conectadas com unidades atmosféricas, ambas as unidades foram simuladas no estado estacionário. A unidade atmosférica foi simulada com os equipamentos auxiliares principais. Produtos da unidade atmosférica foram determinados, e procedimentos para ajustar as variáveis de sistema de forma a fazer com que os produtos estivessem especificados foram apresentados. O projeto convencional de unidade de vácuo para produção de combustíveis foi o adotado para a simulação. Procedimentos para auxiliar a convergência da simulação desta unidade foram desenvolvidos. Uma análise de sensitividade foi conduzida, analisando as principais variáveis do sistema. Baseado nisso, um procedimento de otimização no estado estacionário foi adotado, levando em consideração os limites de convergência determinados para a análise de sensitividade. O sistema foi convertido do estado estacionário para se realizar uma simulação dinâmica. A simulação dinâmica foi conduzida com mudanças no fluxo de alimentação da torre atmosférica. O estabelecimento desta plataforma de simulação e sua disponibilidade foram muito importantes, bem como os resultados da simulação, por não ser facilmente encontrado na literatura aberta. Mais ainda, a grande complexidade deste processo de separação faz com que seja útil para treinamento de operadores. / Abstract: Vacuum units for petroleum distillation are studied in this work. Vacuum distillation is employed for heavy petroleum fractions, with large applications on heavy and ultra-heavy crude processing, motivated by difficulties in processing these crudes at atmospheric pressure, due to the boiling range of the compounds in their compositions. These compounds would be easily decomposed if they were not distillated under atmospheric pressure. The products obtained from this unit are used as feedstock for Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU). Two different petroleum crudes were adopted in this work. These petroleum were established and characterized in a simulation environment. Different blends from the oils were considered. As vacuum units in petroleum plants are connected with atmospheric units, both units were simulated in steady state. The atmospheric unit was simulated with the main auxiliary equipment. Products from atmospheric unit were set, and a procedure to set system variables in order to make the products to meet specifications was presented. The conventional design vacuum unit for fuels production was set to be simulated. Procedures to aim convergence of the simulation of this unit were developed. A sensitivity analysis was carried out, analyzing the main variables of the system. Based on it, an optimization procedure in steady state was applied, taking into consideration the convergence bounds set for the sensitivity analysis. The system was converted from steady state to perform a dynamic simulation. The dynamic simulation was carried out with changes in the atmospheric feed flow rate. The establishment of this simulation platform and its availability were very important as well as the results of the simulation, since this is not easily found in the open literature. Moreover, the large complexity of this separation process makes it useful for operator training. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química