Orientador: Miriam Dupas Hubinger / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_EmiliodeCarvalho_M.pdf: 13604632 bytes, checksum: 4270ae81b2660ac8c4ff7da858666d64 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O pequi (Caryocar brasiliense Camb.) é uma fruta do cerrado que apresenta alto teor de compostos fenólicos, carotenóides e alta atividade antioxidante. A microencapsulação dos polifenóis pode aumentar a sua estabilidade a fatores externos como luz e oxigênio, em relação a sua forma livre. Além disso, ajuda a reduzir os gostos indesejávies. Este trabalho teve como objetivo estudar a microencapsulação dos compostos bioativos dos extratos aquosos do pequi. Foram preparados extratos aquosos de diferentes razões fruta:água (1:2 e 1:3) com os seguintes parâmetros fixados: 1 h de extração, 25 C. Em seguida os extratos foram concentrados por nanofiltração, em uma membrana do tipo espiral com massa molecular de corte de 150 a 300 g/mol e área de 1,2 m2, onde foram avaliadas as condições de processo via: fluxo de permeado (8,4 a 16,6 L/hm2) e índice de retenção (93 a 95%). Os extratos obtidos foram microencapsulados usando um secador do tipo spray dryer, com os seguintes parâmetros fixados: vazão de ar de secagem de 300 m3/h, vazão do ar comprimido de 1,85 m3/h e pressão do ar comprimido de 3 bar. Foi inicialmente investigada a influência de cinco tipos de materiais de parede (Maltodextrina 10 DE, Maltodextrina 20 DE, Xarope de Glicose, HiCap e Snow Flake) e sua respectiva concentração (0 a 20% p/p) na retenção de polifenóis. Posteriormente foram avaliados os efeitos da temperatura do ar de entrada (140 C e 180 C) e diferentes diâmetros de bico atomizadores (1,0 e 2,0 mm) na qualidade dos pós gerados. As microesferas obtidas foram caracterizadas em relação ao conteúdo de umidade, atividade de água, higroscopicidade, distribuição de tamanho e diâmetro médio de partículas, temperatura de transição vítrea e microestrutura. No geral, as partículas produzidas apresentaram formato esférico sem rachaduras ou poros quando atomizadas a 180 C e formato mais irregular à 140 C. Além disso, foram também determinados: a retenção de polifenóis, atividade antioxidante via DPPH e FRAP e a estabilidade a 45 C por 49 dias. As micropartículas apresentaram retenção de polifenóis na ordem de 67 a 72% e atividade antioxidante de 42 a 68% de inibição via DPPH e 48 a 83 mg/g via FRAP. A estabilidade dos polifenóis ao longo do tempo foi analisada via espectrofotometria e cromatografia liquida de alta eficiência (CLAE). A análise via CLAE se mostrou mais confiável e as partículas atomizadas apresentaram uma menor degradação com o tempo, em relação às amostras liofilizadas. Independentemente do modo de produção do extrato, a microencapsulação à 140 C/1,0 mm foi mais adequada / Abstract: Pequi (Caryocar brasiliense Camb.) is a Brazilian fruit with high levels of phenolic compounds and high antioxidant activity but its phytochemical aspects are little known. The bioactive compounds present in pequi could be added to formulated foods and beverages. However these compounds are generally unstable in liquid form and microencapsulation may increase its stability to external factors such as light and oxygen. This work aimed to study the extraction and the microencapsulation by spraydrying of polyphenols present in pequi. Aqueous extracts were prepared from different proportion of fruit:water (1:2 and 1:3), with the following parameters determined: 1 h of extraction at 25 C. Then the extracts were concentrated by nanofiltration, in a spiral wound membrane with a molecular cut-off of 150 to 300 g/mol, and 1.2 m2 of active area and the process conditions were evaluated by: permeate flux, wich varied from 8.4 to 16.6 L /h.m2 and retention of phnolics index, wich varied from 93 to 95 %. The extracts were microencapsulated using a spray dryer with the following fixed parameters: drying air flow of 300 m3/h, compressed air flow of 1.85 m3/h and air pressure of 3 bar. The initial variables were: wall material concentration (0 to 20%) and type (maltodextrin 10 DE and 20 DE, Glucose Syrup, Hicap and Snow Flake). Highest polyphenols retention was the target. For the chosen condition: 15% of mixture - Snow Flake/maltodextrin 10 DE (1/3), drying temperature (140 C and 180 C) and nozzle diameter variation (1.0 and 2.0 mm) were investigated. The microspheres were characterized with respect to moisture content, water activity, hygroscopicity, size particle distribution and particle diameter, glass transition temperature and microstructure. In general, the spherical particles produced exhibited no cracks or pores when atomised at 180 C and were more irregular when atomised at 140 C. Moreover, polyphenol retention, antioxidant activity by DPPH and FRAP and stability at 45 C for 49 days were also determined. The microparticles showed 67 to 72 % of polyphenol retention and antioxidant activity of 42 to 68 % inhibition by DPPH and 48 to 83 mg/g by FRAP. The polyphenols stability was analyzed by spectrophotometer and high performance liquid chromatography (HPLC). The analysis by HPLC showed the most reliable and the atomized particles had lower degradation compared to lyophilized samples. Regardless of the method of production of the extract, microencapsulation using 140 C/1.0 mm was more suitable / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Miriam Dupas Hubinger, José Carlos Cunha Petrus / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:24:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_BeatrizCamargoBarrosdeSilveira_D.pdf: 3783917 bytes, checksum: ffc631a9a3cfa0021eaa16fa5a23cc16 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A própolis é um produto natural rico em flavonóides e ácidos fenólicos, além de outros grupos químicos, incluindo minerais e vitaminas. O uso do álcool como solvente gera alguns entraves, tanto para o consumo direto quanto para o uso na indústria de alimentos, como o seu alto sabor residual e algumas reações adversas. Uma forma de viabilizar o uso da água como solvente é o estudo da extração em diferentes pHs seguida de concentração do extrato, que além de ser necessária para o uso industrial, reduz a quantidade de solvente na solução. Em vista disso, esta tese visou desenvolver um novo extrato de própolis, proveniente do extrato aquoso obtido em pHs diferenciados (4,38,0), sendo concentrado por nanofiltração. O extrato preparado com pH 8,0 apresentou um aumento de 40% em compostos fenólicos e atividade antioxidante duas vezes maior que o extrato aquoso sem alteração de pH (4,3). Foram realizados diversos ensaios do processo de nanofiltração com variação de temperatura (2357°C), pressão (5,38,7 bar) e pH de extração (4,37,7), seguindo um planejamento fatorial 23, com 17 ensaios totais. Como variáveis de resposta, analisouse o teor de flavonóides e polifenóis do produto concentrado, e o fluxo de permeado durante o processamento. O fluxo de permeado variou entre 25 e 75 L/(h.m2) de acordo com a pressão e temperatura utilizada, ambas atuando de forma diretamente proporcional ao fluxo. A validade do processo foi medida pela comparação dos produtos obtidos da concentração dos extratos aquosos com o extrato alcoólico tradicional, considerandose o teor de flavonóides e compostos fenólicos existentes no extrato concentrado. Além disso, foi feita uma avaliação da vida de prateleira dos extratos obtidos durante 90 dias em diferentes temperaturas (5°C, 22°C e 40°C) para verificar a estabilidade do produto frente às diversas condições de estocagem. Verificou-se que os compostos funcionais do extrato aquoso de própolis foram susceptíveis ao tempo de armazenamento e à temperatura, sendo que os melhores resultados foram obtidos para temperatura de 5°C,em que houve uma menor degradação dos compostos com o tempo. O extrato de própolis aquoso preparado em meio alcalino, seguido de nanofiltração gerou um produto rico em compostos fenólicos e flavonóides, podendo ser uma alternativa ao extrato etanólico / Abstract: Propolis is a natural product rich in flavonoids and phenolic compounds and also other chemical groups, as mineral and vitamins (provitamins A and B complex vitamins). Its extract is commercially found in alcoholic solution but the use of ethanol as solvent can have some disadvantages for human consumption and for industrial application, due to the high residual flavor and adverse reactions. One way of making water a feasible solvent is studying the extraction at different pHs and the concentration of the extract. The concentration is needed for industrial usage, since it reduces the solvent amount. This thesis envisioned the development of a novel propolis extract from aqueous products with different pHs, using membrane concentration by nanofiltration. The extract prepared with pH 8,0 showed a 40% increase on phenolic compounds and antioxidant activity two times higher than the aqueous extract without any pH modification. Several trials for membrane concentration, varying the temperature (2357°C), pressure (5,38,7 bar) and pH (4,37,7) of the extraction were carried out, following a 23 experimental design, with 17 assays. Flavonoids and phenolic compounds of the concentrate during the process were analyzed as response variables. Permeate flux varied between 25 and 75 L/h.m2 depending on the applied pressure and temperature, both acting directly proportional to the flux. The validity of the process was measured using the comparison among the products obtained through traditional alcoholic and aqueous extract concentration, considering the amount of flavonoids and phenolic compounds between the concentrated and permeated extracts. Moreover, the evaluation of shelf life of the extracts was carried out considering different temperature conditions (5°, 22° and 40° C) during 90 days. The functional compounds of the aqueous extract were susceptible to the storage temperature and the best results were obtained at 5°C, condition that preserved the functional compounds along the storage time. Alkaline aqueous propolis extract, followed by a nanofiltration process, made a product rich in interest functional compounds becoming an alternative to the ethanolic extract / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

[pt] Um problema inerente ao processo de separação por membranas, mais especificamente a nanofiltração( NF) é a perda de eficiência das membranas com o tempo de operação do sistema, que se deve, em grande parte, ao depósito ou adsorção de material na superfície e/ou poros das membranas. O desenvolvimento de incrustações faz com que o fluxo permeado diminua muito e torna necessário regimes freqüentes de limpeza que ocasionam uma acentuada diminuição na vida útil da membrana. Este estudo enfoca o comportamento de soluções salinas simples, binárias e multicomponentes submetidas a processo de nanofiltração com membrana comercial utilizada em processos de dessulfatação (NF-90-400- Dow) em módulo de placa e quadros com alimentação em fluxo cruzado, condições de pressão elevada e baixa vazão escolhidas de modo a favorecer a formação dos depósitos. A membrana selecionada para o estudo mostrou grande eficiência na eliminação de sulfato tanto para soluções simples como para soluções binárias, foi observado que variação na força iônica afeta a eficiência de remoção de sulfatos das correntes de alimentação e ainda que variações na diferença de pressão aplicada no processo utilizando água do mar sintética como solução de operação afetam de forma significativa as características de incrustação. / [en] Fouling is a problem without a satisfactory solution in nanofiltration process. The fouling development causes low performance and reduction of the membrane time life. The aim of this work was to evaluate the behavior of salts significantly present in the sea water in fouling formation on the membrane surface. A commercial nanofiltration membrane (NF-90-400), which was developed for sulphates removal process, was particularly investigated. The permeation experiments with sulphates solution were carried out during seven days; permeate flux and effluent conductivities were monitored. Temperature, transmembrane pressure, concentration, and flow velocity of the feeding solution were kept in 25ºC, 30 bar, 4.000 mg/L, and 0,030 m/s, respectively. The selected membrane showed great efficiency in the sulphate elimination for simple solutions and for binary solutions, it was observed that variation in the ionic force affects the efficiency of sulphates removal. Variations in DP when the solution of work was synthetic sea water affects in a significant way the incrustation characteristics.

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Andrea Limoeiro Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelon_Mariano_M.pdf: 21190388 bytes, checksum: 346134051a71b6148d3357e82826c8b8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Galacto-oligossacarídeos (GOS) são oligossacarídeos não digeríveis que apresentam propriedades prebióticas, pois auxiliam na proliferação de bifidobactérias no cólon. Os GOS podem ser obtidos pela reação de transgalactosilação da galactose catalisada pela enzima ?-galactosidase a partir de substratos ricos em lactose. Neste processo, as misturas de açúcares obtidas após a síntese contêm além dos GOS, mono- e dissacarídeos residuais. Portanto, uma alternativa interessante para aumentar a participação dos GOS no mercado de alimentos funcionais e também incrementar seu valor comercial é sua separação dos demais açúcares. Para tal finalidade, os processos de separação por membranas de nanofiltração podem ser empregados. Estes apresentam vantagens em relação aos processos cromatográficos como a economia de energia e a simplicidade de operação e de ampliação de escala. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para purificação de GOS utilizando membranas de nanofiltração. A partir de uma solução modelo contendo GOS, lactose, glicose e galactose, as membranas de nanofiltração NP010 e NP030 constituídas de polietersulfonas com massa molecular de corte de 1000 e 400 Da, respectivamente, e as membranas Desal 5-DK, Desal 5-DL e Desal 5-HL ambas constituídas de poliamidas aromáticas com massa molecular de corte de 150-300 Da foram utilizadas em um sistema de escala laboratorial que simula um processo de filtração tangencial na pressão de 3 MPa a 30°C. A membrana NP030 foi selecionada, pois apresentou nestas condições o maior fator de purificação (FP) de 1,68±0,06, diferindo-se estatisticamente das demais membranas testadas. Após a etapa de seleção, foi conduzido um delineamento composto 22, com faces centradas e tréplicas nos pontos centrais, totalizando 11 ensaios, variando a pressão de operação do sistema (2 a 4 MPa) e a temperatura do processo (15 a 55°C). A pressão de 3 MPa e a temperatura de 35°C resultaram nos maiores valores de FP (>1,77). Em seguida, um processo de diafiltração descontínua foi realizado com a finalidade de aumentar a pureza da solução retida e verificou-se que após a 1º etapa de diafiltração o valor de FP (~1,87) manteve-se constante até o 4º ciclo de diafiltração. As análises das micrografias obtidas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostram que a membrana NP030 apresenta deposições de solutos e adesão de micro-organismos na superfície filtrante após sua utilização e lavagem com água, indicando a necessidade de um controle das incrustações e do biofouling para sua reutilização. As micrografias obtidas através de MEV do suporte da membrana indicaram uma possível compactação física. Como etapa subsequente, foi realizada uma validação industrial do processo, utilizando uma unidade piloto de filtração de fluxo tangencial com um módulo espiral da membrana NP030. Foi possível observar que a solução final retida apresentou após 3900 s um valor de FP de 2,55 e uma recuperação de GOS de 97,82%. Foi possível identificar os mecanismos de incrustações dos poros através dos valores dos coeficientes cinéticos de adsorção e pode-se concluir que as incrustações da galactose e da glicose correspondem a um modelo padrão de bloqueio dos poros, enquanto que para os GOS e a lactose a um modelo de bloqueio parcial. Foi estimado o tamanho médio dos poros de permeção da membrana NP030, sendo possível afimar que a probabilidade dos poros de permeação da membrana estarem contidos no intervalo entre 1,94-3,47 nm é de 68,2%. Com estes resultados, pode-se afirmar que as membranas de nanofiltração podem ser utilizadas como uma etapa inicial na purificação dos GOS obtidos através de síntese enzimática. Para obtenção de uma solução com pureza comercial, outras técnicas de purificação deveram ser aplicadas após a nanofiltração / Abstract: Galactooligosaccharides (GOS) are oligosaccharides that present non-digestible prebiotic properties because they assist in the proliferation of bifidobacteria in the human colon. GOS may be obtained by the transgalactosylation reaction of galactose catalyzed by the ?- galactosidase enzyme from substrates rich in lactose. In this process the mixtures of sugars obtained after synthesis contain not only GOS, but also mono-and disaccharide residues. Thus, an interesting alternative to increase the participation of GOS in the functional foods market and also enhance its commercial value is its separation from other sugars. For this purpose, separation processes utilizing nanofiltration membranes may be employed. These processes have advantages over chromatographic processes including energy saving and simplicity of operation and scale increase. The objective of this study was therefore to develop a methodology for purification of GOS using nanofiltration membranes. From a solution containing GOS, lactose, glucose and galactose, the nanofiltration membranes NP010 and NP030, composed of polyethersulfones with molecular weight cut-offs of 1000 Da and 400, respectively, as well as the membranes Desal 5-DK, Desal 5-DL and Desal 5-HL made of aromatic polyamides with molecular mass cut-offs of 150-300 Da were used in a system that simulates a laboratory scale cross-flow filtration process at a pressure of 3 MPa at 30°C. The NP030 membrane was selected because at these conditions it presented the highest purification factor (PF) of 1.68±0.06, statistically different from the other membranes tested. After the selection step, a compound 22 design was conducted with centered faces and triplicate of the central points, totaling 11 assays, varying the operating pressure of the system (2 to 4 MPa) and the process temperature (15 to 55°C). The pressure of 3 MPa and temperature of 35°C resulted in the highest PF values (>1.77). Then a discontinuous diafiltration process was carried out in order to increase the purity of the retained solution, where it was found that after the 1st diafiltration step the PF (~1.87) remained constant until the 4th diafiltration step. Analyses of the micrographs obtained by scanning electron microscopy (SEM) showed that membrane NP030 presents deposits of solutes and adhesion of microorganisms on the filter surface after use and washing with water, indicating the need for control of fouling and biofouling for reuse. The SEM micrographs of the membrane support indicated a possible physical compaction. In a subsequent step, an industrial validation of the process was performed using a pilot tangential flow filtration unit with a model NP030 spiral membrane. It was observed that the final solution retained after 3900 s presented a PF value of 2.55 and a recovery of 97.82% GOS. It was possible to identify the fouling mechanisms of the pores using values of the kinetic adsorption coefficients and it could be concluded that galactose and glucose fouling corresponded to a standard blocking model of the pores, while for lactose and GOS a partial blocking model. The average pore size of the NP030 membrane was estimated, thus it was possible to affirm the probability of the membrane permeation pores in the interval between 1.94-3.47 nm, which was 68.2%. Based on these results, nanofiltration membranes may be used as an initial step in purification of GOS obtained by enzymatic synthesis. To obtain a solution with commercial purity, other purification techniques should be applied after nanofiltration / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Luiz Antonio Viotto, Lourdes Maria Correa Cabral / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:05:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_FlaviaSilva_M.pdf: 1954883 bytes, checksum: a33e4f6f0c6378dd8256cd98b44333ad (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As amoras-pretas (Rubus spp.), além de serem boas fontes de vitaminas e minerais, são ricas em antioxidantes naturais, como os ácidos fenólicos e flavonóides, entre eles as antocianinas, que também conferem ao suco coloração altamente atrativa, embora o tornem instável a tratamentos térmicos severos, que podem resultar em produtos escurecidos e de sabor alterado. A busca dos consumidores por alimentos que preservem suas características sensoriais e nutricionais após o processamento industrial tem levado as indústrias a investir em novas tecnologias menos agressivas à matéria-prima inicial, para adequar-se a essa nova tendência de mercado. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a obtenção de suco de amora-preta concentrado em antocianinas, utilizando processos de separação por membranas, especificamente a microfiltração (MF), ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF). O suco foi obtido a partir do despolpamento de frutos de amora-preta (Rubus spp.) em despolpadeira com peneira de 0,8 mm e submetido aos processos de centrifugação e hidrólise enzimática, a fim de padronizar o teor de sólidos insolúveis e reduzir sua viscosidade e consequentemente aumentar o fluxo permeado do processo. Os processos de MF, UF e NF foram avaliados individualmente e acoplados entre si, tendo como variáveis de resposta o fluxo permeado, o teor de antocianinas e a capacidade antioxidante. Todos os processamentos foram realizados em um sistema com módulo quadro e placas com membranas a base de polímero fluorado e com tamanho de poro de 0,15 µm (MF), membranas de polissulfona com cut off de 20 kDa (UF) e membrana composta com rejeição ao MgSO4 maior que 98% (NF), com recirculação da corrente de retido e recolhimento contínuo do permeado, a 35°C e pressão aplicada à membrana de 5 bar (MF), 10 bar (UF) e 20 bar (NF). O fluxo permeado foi menor na ultrafiltração, a retenção de antocianinas foi eficiente na nanofiltração e ocorreu um aumento da capacidade antioxidante na fração retida comparado à alimentação, de aproximadamente 2 vezes na MF e NF e em 2,4 na UF. Observou-se também que o teor de antocianinas foi mantido na micro e ultrafiltração comprovando a eficácia da tecnologia de membranas na manutenção desta importante característica do suco de amora-preta, motivando a continuidade da pesquisa na aplicação deste processo para a obtenção de novos produtos com maior valor agregado / Abstract: Blackberries (Rubus spp.), besides being good sources of vitamins and minerals, are rich in natural antioxidants such as phenolic acids, flavonoids and anthocyanins that causes attractive juice staining, but at the same time, makes it severely unstable to thermal treatment, which can result in dark products and altered taste. The search for food consumers to preserve natural nutritional and sensory characteristics after processing has led food industries to invest in new technologies less harmful to the initial raw material and to adapt to this new market trend. In this context, this study aimed to obtain blackberry juice concentrated in anthocyanins, using membrane separation processes, specifically microfiltration (MF), ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF). The juice was obtained by pulping the fruit of blackberry (Rubus spp.) fruits using a removal device with a 0.8 mm sieve. This juice was then subjected to the centrifugation process and enzymatic hydrolysis in order to standardize the amount of insoluble solids, and reduce its viscosity and consequently increase the permeate flux of the process. The processes of MF, UF and NF were evaluated individually and coupled together with response variables such as the permeate flux, the anthocyanin content and antioxidant capacity. All the process were carried out in a plate and frame module with membrane-based fluoropolymer and pore size of 0.15 micrometre (MF), polysulfone membranes with cut off 20 kDa (UF) and composite membrane with MgSO4 rejection of greater than 98% (NF), with recirculation of the retentate stream and continuous collection of the permeate at 35 °C as well as pressures applied to the membrane of 5 bar (MF), 10 bar (UF) and 20 bar (NF). The permeate flux was lower in ultrafiltration, and the anthocyanin retention in nanofiltration was effective; there was an increase in antioxidant capacity in the retained fraction compared to food, of approximately two times the MF and NF and 2.4 at UF. Additionally, it was observed that the anthocynanin's content was preserved in the micro- and ultrafiltration, proving the efficiency of the membrane technology to maintain this important feature of the blackberry juice, motivating continued research in applying this process to obtain new products with higher added value / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Miriam Dupas Hubinger / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_MarianaTeixeiradaCosta_M.pdf: 8511455 bytes, checksum: bd5aac000408d3ec9d6681eb8c47142c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O pequi (Caryocar brasiliense Camb.) é uma fruta do cerrado de grande importância econômica, que apresenta alto teor de compostos fenólicos e carotenóides e alta atividade antioxidante. Este trabalho teve como objetivo desenvolver produtos ricos em compostos funcionais, principalmente compostos fenólicos e carotenóides, a partir de extratos aquosos e alcoólicos de pequi concentrados por processos de membranas. Inicialmente, as principais variáveis relativas ao processo (tempo e temperatura) foram avaliadas, para definir a melhor forma de extração aquosa e alcoólica dos compostos bioativos da polpa, do endocarpo espinhoso e da semente do fruto. A partir das condições selecionadas nessa primeira etapa (temperatura de 25 °C durante 1 hora de extração para o extrato aquoso e 40°C durante 24 horas para o extrato alcoólico), foram produzidos extratos concentrados utilizando-se uma unidade de membrana de pequeno porte, que faz a simulação de escoamento transversal com diferentes tipos de membranas: uma de ultrafiltração (UF com cut-off de 100 KDa) e duas de nanofiltração(NF 90 e NF 270, com cut-off de 200-300 Da e diferentes materiais). Durante os processos, os fluxos de permeado foram calculados, as membranas foram submetidas a uma caracterização morfológica antes e depois do processo de concentração e os produtos obtidos (alimentação, concentrado e permeado) de cada processo foram caracterizados em relação às seguintes propriedades: densidade, viscosidade, cor, polifenóis totais, carotenóides e atividade antioxidante. Os fluxos de permeado dos processos de ultra e nanofiltração para os extratos alcoólicos e aquosos variaram de 7,06 a 9,17 L/h.m2, e não apresentaram diferença significativa. O processo de concentração por membranas para o extrato alcoólico de pequi mostrou-se ineficiente para concentrar os compostos bioativos, uma vez que todas as condições apresentaram coeficientes de retenção menores que 15% tanto para compostos fenólicos, quanto para carotenóides. Para o extrato aquoso, as membranas de nanofiltração apresentaram 100% de retenção de carotenóides e 93% (NF 270) e 97% (NF 90) de retenção de polifenóis. Concordando com estes resultados, o concentrado aquoso obtido com a membrana NF 90 mostrou-se rico em compostos bioativos e alta atividade antioxidante / Abstract: Pequi (Caryocar brasiliense Camb.) is a fruit of Cerrado Brazilian region with great economic importance and contains high levels of phenolics compounds and carotenoids as well as high antioxidant activity. This work aimed at developing products rich in functional compounds, mainly phenolic compounds and carotenoids, from aqueous and alcoholic pequi extracts concentrated by membrane processes. Initially, the main variables of the process (time and temperature) were evaluated, to define the best form of alcohol and water extraction of bioactive compounds from the pulp, prickly endocarp and seed fruit. From the conditions selected in this first step (25 °C for 1 h to extract the aqueous extract and 40 °C for 24 h for the alcohol extract), concentrated extracts were produced using a laboratorial membrane unit, which makes the simulation of cross flow with different types of membranes: one of ultrafiltration (UF with cutoff of 100 KDa) and two of nanofiltration (NF 90 and NF 270, with cut-off of 200-300 Da and different materials). During the process, the permeate fluxes was calculated, the membranes were subjected to a morphological characterization before and after the concentration process and the products obtained (feed, concentrate and permeate) from each process were characterized by the following properties: density, viscosity, color, total polyphenols, carotenoids and antioxidant activity. The permeate fluxes of ultra and nanofiltration process for alcoholic and aqueous extracts varied from 7.06 to 9.17 L/h.m2, and they did not presented significant difference. The concentration membrane process of the alcoholic pequi extract was ineffective to concentrate the bioactive compounds, since all conditions showed retention coefficient lower than 15% for both, phenolic compounds and carotenoids. For the aqueous extract, the nanofiltration membranes process showed 100% retention of carotenoids and 93% (NF 270) and 97% (NF 90) the retention of polyphenols. According to these results, the aqueous concentrate obtained with the NF 90 membrane showed rich in bioactive compounds and higher antioxidant activity / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22895号 / 工博第4792号 / 新制||工||1749(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻 / (主査)教授 SIVANIAH Easan, 教授 田中 庸裕, 教授 今堀 博 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

At the water treatment plant in Dunedin, Florida, reverse osmosis membranes remove the hardness from groundwater sources. Reverse osmosis membranes remove salts, pathogens, and organics from the feed water but can create an aggressive permeate. The membranes strip most ions in the process and the resulting permeate, if not subjected to blending on post treatment, has a tendency to leach metals from lead and copper pipes in the distribution networks. To prevent such problems, the permeate needs to be blended with partially treated raw water or to be chemically treated to re-mineralize and add alkalinity back into the water. In the last decade nanofiltration treatment has gained an increasing foothold in the water treatment industry especially as a water softener. Although nanofiltration membranes also have a high removal rate for organics and pathogens, the separation process is more selective towards multivalent ions (e.g., Ca²+, and Mg²+) than monovalent (e.g., Na+) ions. Most membrane softening plants blend minimally treated raw water with the membrane permeate as a means to reduce the aggressiveness of the water. However, blending can cause issues with disinfection byproducts and pathogen re-introduction. With nanofiltration membranes, fewer mono-valent ions are rejected which creates a more stable permeate and can reduce the blended water ratio. Since it is unlikely that most plants that use membrane filtration for water softening will be able to stop blending entirely, any improvement or sustainability of water quality at a reduced blend ratio should be viewed favorably within the water treatment industry. The study evaluates three nanofiltration membranes: TFC-SR, NF-90, and ESNA1-LF in relation to the reverse osmosis TFC-S RO membrane currently in use at Dunedin. Water flux and salt rejection of the permeate water were compared using solutions of NaCl, MgSO4 and CaCl2. Since the Langelier Saturation Index (LSI) is one of the main tests of the blended finished water and is used to judge water quality prior to its release into the distribution system, this study created a 0%, 10%, 15%, 20%, 30%, and 100% blend ratio for each membrane to compare and contrast the change in the LSI. The TFC-SR membrane showed the most promise in lowering the blend ratio while improving the aggressiveness of the finished water by showing a lower rejection for divalent ions. The TFC-SR membrane also showed an improvement in the LSI relative to the other membranes over the total range of blend ratios.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第20692号 / 工博第4389号 / 新制||工||1682(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻 / (主査)教授 田中 宏明, 教授 高岡 昌輝, 教授 藤井 滋穂 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Five articles describing the impact of surface characteristics, and development of mass transfer models for diffusion controlled membrane applications are published in this dissertation. Article 1 (Chapter 3) describes the impact of membrane surface characteristics and NOM on membrane performance for varying pretreatment and membranes during a field study. Surface charge, hydrophobicity and roughness varied significantly among the four membranes used in the study. Membrane surface characteristics, NOM and SUVA measurements were used to describe mass transfer in a low pressure RO integrated membrane system. Inorganic and organic solute and water mass transfer coefficients were systematically investigated for dependence on membrane surface properties and NOM mass loading. Inorganic MTCs were accurately described by a Gaussian distribution curve. Water productivity, NOM rejection and inorganic rejection increased as membrane surface charge and NOM loading increased. Inorganic MTCs were also correlated to surface hydrophobicity and surface roughness. The permeability change of identical membranes was related to NOM loading, hydrophobicity and roughness. Organic fouling as measured by water, organic and inorganic mass transfer was less for membranes with higher hydrophilicity and roughness. Article 2 (Chapter 4) describes the development of a diffusion controlled solute mass transfer model to assess membrane performance over time. The changing mass transfer characteristics of four low-pressure reverse osmosis (LPRO) membranes was correlated to feed stream water quality in a 2000 hour pilot study. Solute mass transfer coefficients (MTCs) were correlated to initial solute MTCs, solute charge, feed water temperature, monochloramine loading and organic loading (UV254). The model can be used to predict cleaning frequency, permeate water quality and sensitivity of permeate water quality to variation of temperature, organic and monochloramine mass loading. Article 3 (Chapter 5) describes a comparison of the long standing method of assessing membrane performance (ASTM D 45160 and another approach using mass transfer coefficients (MTCs) from the homogenous solution diffusion model (HSDM) using a common data set, water productivity and standardized salt passage. Both methods were shown to provide identical assessments of water productivity, however different assessments of salt passage. ASTM D 4516 salt passage is normalized for pressure and concentration and does not show the effects of flux, recovery, temperature or specific foulants on salt passage. However the MTC HSDM method is shown to consider all those effects and can be easily used to predict membrane performance at different sites and times of operation, whereas ASTM D 45160 can not. The HSDM MTC method of membrane evaluation is more versatile for assessment of membrane performance at varying sites and changing operational conditions. Article 4 (Chapter 6) describes the development of a fully integrated membrane mass transfer model that considers concentration, recovery and osmotic pressure for prediction of permeate water quality and required feed stream pressures. Osmotic pressure is incorporated into the model using correction coefficients that are calculated from boundary conditions determined from stream osmotic pressures of the feed and concentrate streams. Comparison to homogenous solution diffusion model (HSDM) with and without consideration of osmotic pressure and verification of IOPM using independently developed data from full and pilot scale plants is presented. The numerical simulation and statistical assessment show that osmotic pressure corrected models are superior to none-osmotic pressure corrected models, and that IOPM improves model predictability. Article 5 (Chapter 7) describes the development and comparison of a modified solution diffusion model and two newly developed artificial neural network models to existing mechanistic or empirical models that predict finished water quality for diffusion controlled membranes, which are generally restricted to specific solute MTCs that are site and stage specific. These models compensate for the effects of system flux, recovery and feed water quality on solute MTC and predict permeate water quality more accurately than existing models.