Under år 2008 användes globalt en energimängd motsvarande nästan 144 000 TWh ochav dessa stod fossila bränslen för 81 %. I Sverige uppgick energitillförseln under år2010 till totalt 616 TWh och av detta stod råolja/oljeprodukter för 30,4 %. Vidförbränning av fossila bränslen frigörs koldioxid, en gas som bidrar till att förstärkaväxthuseffekten. År 2000 uppmättes halten av koldioxid i atmosfären till 370 ppmv ochför att den globala temperaturen inte ska öka med mer än 2°C bör halten stanna på 450ppmv innan år 2100. Ett sätt att minska andelen av fossila bränslen är att öka andelen avförnybara energikällor, som t.ex. biogas, som i Sverige uppskattas kunna ge enenergimängd motsvarande 10-15 TWh/år i framtiden.Vid biogasanläggningen Kungsängens gård, Uppsala, samrötas slakteriavfall samtorganiskt avfall från hushåll och livsmedelsindustri i en termofil rötningsprocess. Underår 2011 producerades ca 3 400 000 Nm3 biogas och den största andelen uppgraderadestill fordonsgas. Behovet fordonsgas i Uppsala ökar och i detta examensarbete utreddestvå sätt att effektivisera processen och öka gasproduktionen. Dels undersöktes om enökad belastning skulle ge en ökad biogasproduktion utan att riskera processensstabilitet. Detta gjordes i två labskalereaktorer där belastningen ökades gradvis i denena. Dels studerades möjligheten att minska energiförbrukningen på anläggningengenom att byta hygieniseringsmetod. Innan substratet matas in i rötkamrarna måste dethygieniseras, vilket i dagsläget görs genom pastörisering (upphettning till 70oC under entimme). Då detta är väldigt energikrävande finns det planer på att byta metod ochistället låta substratet hygieniseras i rötkamrarna (52°C) i minst 10 timmar. Det är dockviktigt att beakta huruvida metanpotentialen för pastöriserat och opastöriserat materialskiljer sig åt, varför detta utreddes i sk satsvisa utrötningsförsök.Genom hela belastningsökningen (från 3 till 6 kg VS/m3,d) ökade biogasproduktionenoch vid den högsta belastningen var ökningen 100 % jämfört med dagens nivå. Andraviktiga processparametrar, så som specifik gasproduktion, kvoten CO2/CH4, pH,halterna av fettsyror och utrötningsgraden, låg på en jämn nivå under försöket, vilkettyder på att processen var stabil trots den ökade belastningen. Utrötningsförsöket visadeatt pastöriseringen inte hade någon effekt på metanproduktionen, troligtvis eftersomsubstratet redan var lättnedbrytbart. Beräkningen av energiförbrukning visade attenergianvändningen skulle minska med ca 33 % vid byte av hygieniseringsmetod. / During 2008 an amount of energy equivalent to almost 144,000 TWh was used globally,of which fossil fuels accounted for 81 %. In Sweden, during 2010, an amount of energyequivalent to 616 TWh was used, of which crude oil/oil products accounted for 30.4 %.Carbon dioxide, a gas that contributes to the global warming, is produced during thecombustion of fossil fuels. In 2000 the levels of carbon dioxide in the atmosphere wasmeasured to be 370 ppmv and if the global temperature is not to increase with morethan 2°C, the levels should stay at 450 ppmv by 2100. One way of decreasing the use offossil fuels is to increase the use of renewable energy, such as biogas. In the futurebiogas can, approx., provide with energy equivalent to 10-15 TWh/year in Sweden.At the biogas plant Kungsängens gård, in Uppsala, slaughterhouse byproducts are codigestedwith source separated household waste and waste from the food processingindustry in a thermophilic process. During the year 2011 approximately 3,400,000 Nm3of biogas was produced at the plant, of which most was upgraded to vehicle fuel. Theconsumption of vehicle fuel is increasing in Uppsala and thus there is a need forincreased biogas production. The aim of this master thesis was to investigate two waysto increase the efficiency and consequently the gas production at the biogas plant atKungsängens gård. Firstly, it was studied if an increased organic loading rate (OLR)would give an increased biogas production, without disturbing the process. This wasdone in two lab scale reactors, where the load was increased gradually in one. Secondly,the possibility to decrease the energy consumption by means of a change of sanitizationmethod was studied. The substrate has to be sanitized before it is fed to the digesters,currently this is done by pasteurization. This process is, however, energy-demandingand there are plans to change the method of sanitization. It is, however, important toconsider whether the methane potential differs for the pasteurized and the nonpasteurizedsubstrate. This was studied in small scale biogas batch reactors.Through all stages of increased OLR (from 3 to 6 kg VS/m3, d) the biogas productionincreased, and at the largest load the increase was 100 % compared to the present level.Other important process parameters, such as specific methane production, CO2/CH4-ratio, pH, levels of fatty acids and degree of digestion, were at regular levels and thisindicates that the process was maintained stable in spite of the increased load. The testin the small scale biogas batch reactors showed that pasteurization of the substrate hadno effect on the methane potential, probably due to that the substrate already is readilybiodegradable. The estimation of the energy consumption showed that the use of energyshould decrease with approx. 33 % if the sanitization was replaced.

This study evaluated biological activities of blackberries (Rubus adenotrichos) and the effects of digestion or pasteurization processes on these activities. The blackberries phenolic extract showed an ORAC value of 4339 ± 144 μM TE/g, higher than those of quercetin and ellagic acid. It also protected liposomes and liver homogenates against lipid peroxidation; with IC50 of 7.0 ± 0.5 and 20.3 ± 4.2 μg/mL, respectively. The blackberry polyphenols inhibited nitrite production in J774A.1 cells stimulated with LPS+IFNγ due to down-regulation of iNOS protein expression, suggesting an anti-inflammatory potential. The biological activities of the fruits could be affected by the industrial processes. The pasteurization of a blackberry juice caused a 7% decrease in the anthocyanins concentration of the highest temperature tested, 92 °C. For the same sample, a significant reduction of 27% and 15% were showed in the DPPH and NO scavenging capacity, respectively. However, non-significant differences were evident neither for the peroxidation inhibitory capacity nor for the intracellular antioxidant activity after the pasteurization step. The antioxidant capacity is largely dependent of their bioavailability and because of this a blackberry juice was digested in vitro to obtain samples that represent the major stages of the digestion process. The gastric digestion had slight impact on polyphenolic composition while the pancreatin/bile digestion had marked effects on polyphenolic composition, particularly in the ratio anthocyanins-ellagitannins. These changes in phenolic composition caused in the dialyzed fraction a reduction of 33% and 35% in the activity against nitrogen derived radicals DPPH and NO respectively. As well the capacity to inhibit intracellular ROS was decrease by an 85% in the dialyzed fraction. Nevertheless, no significant differences were evident in the capacity to inhibit lipid peroxidation. Finally, this study used an in vivo model with diabetic rats to evaluate the effect of the consumption of a blackberry beverage. The blackberry intake provoked a decrease in plasmatic glucose (-48.6%), triglycerides (-43.5%) and cholesterol (-28.6%) levels in the diabetic rats with respect to the diabetic controls animals. The diabetic rats which consumed blackberry, improved (+7%) the plasma antioxidant capacity (PAC) values and reduced the levels of lipid peroxidation in plasma (-19%) and in kidney tissue (-23%). This study suggests that selecting blackberry as a dietary complement could have health beneficial effects even when considering the bioavailability aspects of the phenolic compounds and the pasteurization effects.

Au sens de la législation, les compléments alimentaires sont des denrées alimentaires et doivent donc subir un traitement de pasteurisation pour détruire les microorganismes potentiellement pathogènes. L’utilisation du CO2 comprimé peut être une alternative basse température aux traitements thermiques classiques. Dans ce travail, la technologie au CO2 est optimisée pour traiter des compléments alimentaires fortement chargés par trois microorganismes.L’impact des conditions expérimentales sur l’inactivation et la préservation des actifs a été mis en évidence via un plan d’expériences de type composite centré. La température et dans une moindre mesure l’interaction pression-durée ont été identifiés comme étant les facteurs les plus influents. Pour les actifs, la teneur en polyphénols totaux est préservée alors que la vitamine C est conservée à plus de 70%. Les résultats ont été analysés au regard de l’effet de la température et de la pression sous azote et sous air, de l’interaction pH/température, de la charge en microorganismes et de la nature de la matrice.La pasteurisation est également examinée sous l’angle du transfert de masse et des temps caractéristiques dans un contacteur gaz-liquide afin d’estimer la cinétique de dissolution du CO2 dans la matrice. L’étude de sensibilité montre que c’est la solubilité du CO2 dans l’eau qui impacte la cinétique de dissolution plus que les paramètres liés au contacteur. Des essais avec deux dispositifs batch et un mini-dispositif continu illustrent ce propos.La durée de vie des produits ainsi pasteurisés et l’apport du traitement CO2 comparé à un traitement thermique ont été aussi étudiés. / According to the law, food dietary supplements belong to food products and must then be pasteurized to kill potentially pathogenic microorganisms. Pressurized carbon dioxide can be a low-temperature alternative to usual thermal treatments. In this study, a high pressure carbon dioxide process is optimized to pasteurize dietary supplements highly contaminated with 3 microorganism species.This work reviews the effect of operating parameters on microbial inactivation and active ingredients thanks to a central composite design. Temperature and, at a lower extent, the pressure-duration interaction were identify as influent. Concerning active ingredients, total phenolic concentration is fully preserved whereas vitamin C retention rate is at least of 70%. Results were analyzed taking into account the synergistic effect of temperature and pH, temperature and atmospheric or N2 pressure, contamination level and the composition of the food matrix.Pasteurization was evaluated from the mass transfer and characteristic times point of view in a gaz-liquid contactor. The sensitivity analysis underlines that CO2 solubility in water is the main factor that affects the dissolution kinetic, beyond contactor constraints. Experiments led with 2 different batch set-ups and a mini‑continuous reactor illustrate that point.Finally this work studies the shelf-life of our CO2-pasteurized products and estimates the added value of such a treatment compared to a thermal one.

No presente projeto, foi estudada a viabilidade do uso da lata de alumínio como embalagem para suco de laranja natural submetido a tratamento térmico mínimo, através de ensaios de vida de prateleira durante um período de 57 dias, com armazenamento em geladeira. O suco foi processado em trocador de calor tipo placas às temperaturas nominais de pasteurização de 80ºC e 85ºC e embalado à temperatura ambiente sob atmosfera de nitrogênio em latas de alumínio revestidas com verniz protetor. As análises foram efetuadas na freqüência de 14 dias (1º, 15º, 29º, 43º e 57º dia após o processamento). As respostas analisadas foram pH, ºBrix, acidez titulável, “ratio”(ºBrix/acidez titulável), sólidos totais, sólidos insolúveis e detecção de íons alumínio e análises microbiológicas (contagem total de bactérias mesofílicas e contagem de leveduras e bolores). As análises de variância dos resultados indicaram que as condições de processo reais estudadas (82,5ºC - 35 s; 82,5ºC - 45 s; 87,5ºC - 35 s e 87,5ºC - 45 s) não influenciaram as características físico-químicas do suco (pH, ºBrix, acidez titulável, “ratio”). Durante o período de armazenamento testado (57 dias), foi verificado que não houve aumento do conteúdo de íons alumínio no suco de laranja e os valores encontrados foram abaixo do limite tolerado de ingestão semanal de alumínio (Provisional Tolerable Weekly Intake – PTWI) estabelecido pela FAO/WHO. Sob o aspecto microbiológico (contagem total de bactérias mesofílicas e contagem de leveduras e bolores), foi verificada a eficiência do processo de pasteurização. Para as condições de processo 82,5ºC – 45 s e 87,5ºC – 45 s, o número de bactérias mesofílicas sobreviventes diminuiu com o tempo de armazenamento. Para as condições 82,5ºC – 35 s e 87,5ºC – 35 s, houve aumento do número de sobreviventes a partir do 23º dia e 33ºdia, respectivamente, em relação ao suco não-processado. As condições de processo empregadas indicaram, no período de armazenamento testado (57 dias), valores de contagem de leveduras e bolores inferiores ao limite máximo tolerado pela Legislação Brasileira para suco “in natura” (104 UFC/mL). / In this research project, minimal heat treatment was studied for fresh single- strength orange juice. The juice was packaged in aluminum cans and stored at refrigerated temperature during 57 days concerning shelf life tests. The juice was processed using a plate heat exchanger at nominal pasteurization temperatures 80ºC and 85ºC and packaged in aluminum varnished cans at ambient temperature, under nitrogen atmosphere. The analyses, conducted each 14 days (1st, 15th, 29th, 43rd and 57th day after the processing day), were: pH, ºBrix, titratable acidity as citric acid, ratio (ºBrix/ titratable acidity), total solids, water-insoluble solids, aluminum ions content and microbiological analyses (total plate count and yeast and mold count). Statistical analyses indicated that the physic-chemical characteristics of orange juice were not influenced by the real process conditions (82.5ºC - 35 s; 82.5ºC - 45 s; 87.5ºC - 35 s and 87.5ºC - 45 s). The orange juice aluminum ions content did not increase during the 57 days storage and all the values were lower than the Provisional Tolerable Weekly Intake (PTWI) established by FAO/WHO. In addition, the pasteurization process showed effective in reducing microbial load. For the temperature-time conditions 82.5ºC - 45 s and 87.5ºC - 45 s, the number of surviving organisms decreased as the storage period increased. However for the temperature-time conditions 82.5ºC - 35 s and 87.5ºC - 35 s, there was an increase of the number of surviving organisms after 23rd day and 33rd day, respectively, compared to raw orange juice. During the 57 days storage, the yeast and mold count were lower than the maximum acceptable limit established by Brazilian Legislation (104 CFU/mL).

A pasteurização é um processo térmico para inativar micro-organismos patogênicos e deterioradores em alimentos líquidos. O controle do processo é fundamental para a manutenção da temperatura de pasteurização, de forma que a modelagem dinâmica se torna útil no desenvolvimento, nos testes de controladores e nos procedimentos de operação. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a validação experimental da modelagem dinâmica de um pasteurizador a placas com três seções de troca térmica para estudar sua operação em regime transiente. A modelagem consiste em balanços diferenciais de energia entre canais e placas do trocador, perda de calor para o ambiente do tubo de retenção e conexões e as respectivas condições iniciais e de contorno. Os coeficientes de troca térmica do equipamento foram determinados experimentalmente. Na simulação foram adotados métodos de diferenças finitas e a resolução matemática foi realizada através do software gPROMS. O modelo foi aplicado para representar o comportamento de um pasteurizador a placas de escala laboratorial (Armfield FT43A), operando em duas condições: sem e com a influência da incrustação na seção de aquecimento do trocador. Para a validação do modelo foram realizados ensaios experimentais da partida e de perturbação das vazões de alimentação do processo. Foram inseridos termopares em diversos pontos do equipamento e as temperaturas foram registradas com um sistema de aquisição de dados. Para estudar a influência da incrustação na pasteurização, foram realizados ensaios experimentais com dois tipos de leite para se ter alta e baixa incrustação. As placas do trocador foram pesadas e fotografadas antes e depois dos ensaios de incrustação para avaliar o depósito formado. Foram utilizados modelos genéricos de incrustação para a simulação desse efeito sobre o processo de pasteurização. Através da comparação dos resultados experimentais e simulados foi verificada que a modelagem matemática para a operação transiente do processo de pasteurização analisado foi muito satisfatória. / Pasteurization is a thermal process used to inactivate pathogenic and deteriorative microorganisms in liquid foods. Process control is essential for the temperature maintenance of pasteurization, so that the dynamic model is an important tool in the development, controller tests, and also in the procedure of operation. The aim of this work was the development and experimental validation of the dynamic model of a plate pasteurizer with three sections of heat exchange studying the transient state operation. The model consists of differential equations of thermal energy balance between channels and plates of heat exchanger, heat loss to the environment of the holding tube and connections and their respective initial and boundary conditions. The heat transfer coefficients of plate heat exchanger and tubes were determined experimentally. In the simulation, finite difference methods were adopted and the math solving was performed using the gPROMS software. The model was applied to represent the behavior of a plate pasteurizer in laboratory scale (Armfield FT43A), operating in two conditions: free of fouling and with fouling influence on the heating section of the heat exchanger. Experimental tests of the start-up and of disturbances in flow rates of the process were performed for the model validation. Thermocouples were inserted at various points of the equipment and the temperatures were recorded with a data acquisition system. In order to study the influence of the fouling, experimental tests were performed with two kinds of milk to obtain high and low fouling. Plates of the heat exchanger were weighed and photographed before and after of the fouling tests for evaluate the deposit formed. Generic models of fouling were used to simulate the effect of fouling on the pasteurization process. Through the comparison of experimental and simulated results, it was verified that the mathematical modeling for the transient operation of the pasteurization process was very satisfactory.

Orientador: Marcelo Cristianini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Augusto_PedroEstevesDuarte_M.pdf: 2374617 bytes, checksum: 51b7576f4277bc0fdae47e5122fc60fd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A crescente busca por alimentos mais seguros e de melhor qualidade nutricional e sensorial cria a necessidade de melhor entendimento dos processos envolvidos na produção dos mesmos. O tratamento térmico é um dos métodos mais utilizados na conservação de alimentos, sendo o processamento dentro da embalagem um dos mais seguros. A utilização de modelamento matemático da transferência de calor na avaliação de tratamentos térmicos vem se mostrando uma poderosa ferramenta na garantia da segurança sem comprometimento da qualidade nutricional e sensorial dos alimentos. A fluidodinâmica computacional (CFD) vem sendo utilizada em diversos trabalhos para melhor entendimento de processos térmicos de alimentos líquidos. Entretanto, a falta de consistência e uniformidade nas modelagens, aliadas as raras avaliações experimentais das simulações, criam a necessidade de avaliações entre metodologias utilizadas e validações criteriosas. O presente trabalho estudou a transferência de calor durante tratamentos térmicos de alimentos líquidos embalados em garrafas comerciais através de modelagem matemática por CFD. Determinou-se o coeficiente convectivo de transferência de calor (h) para duas garrafas comerciais em um sistema de aquecimento e um de resfriamento em imersão em água. Observou-se que mesmo pequenas diferenças entre geometrias de embalagens resultaram em considerável diferença nos valores de h entre embalagens e sistemas, reforçando a necessidade de avaliação dessa propriedade para cada processo real estudado. Avaliou-se quatro metodologias utilizadas nos trabalhos de CFD para determinação das condições de contorno das simulações, observando-se que as que consideram perfis de temperatura superestimam o fluxo de calor trocado com o produto, podendo comprometer a segurança e conservação do mesmo. A metodologia que considera o fluxo de calor decorrente das condições de contorno h e perfil térmico do meio de aquecimento apresentaram boa concordância com os perfis térmicos experimentais, mostrando-se adequados à modelagem de processos térmicos de alimentos. Caracterizou-se reologicamente um alimento líquido modelo, podendo ser utilizado para simulação de sucos de frutas, assim como a inativação térmica de um microrganismo modelo em processos de pasteurização (Lactobacillus plantarum). Analisou-se as características do tratamento térmico de alimentos líquidos em duas embalagens comerciais, através de perfis de temperatura, velocidade, característica da região de aquecimento mais lento (RAML) e inativação microbiana. Os perfis de temperatura e velocidade obtidos nas simulações de CFD do processo térmico do alimento modelo utilizado se mostraram semelhantes aos reportados na literatura, sendo descritas as características do processo. A análise dos perfis de temperatura obtidos experimentalmente e através do modelo indicaram boa correlação das simulações de CFD, sugerindo a possibilidade de utilização dessa ferramenta para avaliação de perfis térmicos em processos térmicos de alimentos embalados. Entretanto, a análise de validação microbiológica indicou grande desvio entre os valores experimentais e obtidos pelo modelo, atribuído a baixa resistência térmica do microrganismo alvo utilizado nas condições de processo. Nesse caso, mesmo pequenos desvios entre as temperaturas experimentais e obtidas por CFD podem resultar em grande desvio na inativação microbiana final, sugerindo que a utilização de CFD na avaliação de tratamentos térmicos deve ser vista com cautela. Os resultados obtidos comprovam a necessidade de validação dos modelos obtidos através de avaliação de perfil térmico e inativação microbiológica / Abstract: The growing demand for safer and high-quality food products creates the need for better knowledge of the processes involved in food production. Thermal process is one of the safest and most frequently used methods for food preservation, in special when performed in the package. The mathematical modelling of heat transfer is a useful tool for designing safety process while minimizing nutritional and sensory drops. The computational fluid dynamics (CFD) have been widely used for better understand of liquid food thermal process. However, no consistency in the mathematical models built is observed, and just a very few works compare the CFD data with experimental ones. There is a need for the evaluation of the use of CFD for thermal process design. The present work has evaluated the heat transfer in in-package liquid food during thermal process, using mathematical modelling by CFD. The convective heat transfer coefficient (h) among two commercial bottles and a heat and a cooling system were determinated. It was observed that even small differences among packages and heat transfer system result in distinct coefficient and that it must be measured for the exact heat transfer system. Four methodologies were evaluated for the boundary conditions definition of the CFD simulations, based on the previous CFD works. The models that considered the temperature profiles as boundary condition, showed faster heating. By over-estimating the product heating rate, those models are not appropriated for the mathematical modelling of heat process, as it compromises the safety and preservation of food products. The model that considered the measured value of h and temperature profile of the water bath as boundary condition showed good agreement with experimental values, being appropriated for thermal process modelling. The rheological characteristics of a model liquid food was determinated, and the thermal resistance of Lactobacillus plantarum, a target microorganism in pasteurization processes, was evaluated in this model, which can be used as a fruit juice simulator. The thermal process of liquid foods was evaluated in two commercial bottles, using temperature, velocity, slowest heating zone (SHZ) and microbiological inactivation profiles. The temperature and velocity profiles were compatible with those described in CFD works. The thermal profile obtained by CFD shown good correlation with experimental values, suggesting that CFD can be used in thermal process temperature profiles evaluation. Although, the microbiological validation shown large deviation between the experimental values and obtained by the model, probably due the low thermal resistance of the studied microorganism. These results indicate that the CFD utilization in thermal process evaluation might be carefully seen, in especial when the microorganism thermal resistance is low in process conditions. In these situations, even small differences between CFD and experimental temperatures results in considerable microbial inactivation divergence. The results obtained in this work show the need for CFD models evaluation by thermal profile and microbiological inactivation / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientadores: Antonio Marsaioli Junior, Mirna Lucia Gigante / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T23:21:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_PolianaMendesde_M.pdf: 840297 bytes, checksum: 126db6034bb7ca2da7822e822b9045d0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O leite é um dos alimentos mais completos da natureza devido ao seu elevado valor nutritivo, como riqueza de proteínas, gordura e vitaminas; por esta mesma razão o leite é um excelente substrato para uma grande gama de microorganismos. A pasteurização visa eliminar os microorganismos patogênicos, e reduzir ao máximo a flora banal; no entanto os métodos atuais de aquecimento causam degradação nutricional e sensorial já que o leite é exposto às superfícies de troca térmicas superaquecidas. O leite pasteurizado pode beneficiar-se de melhorias na sua qualidade usando-se a energia de microondas como fonte de aquecimento. O objetivo deste trabalho foi estudar comparativamente os processos de pasteurização por microondas e clássica quanto aos aspectos físico-químicos, microbiológicos e sensoriais. Foram realizados três processamentos sendo que em cada processamento o leite foi pasteurizado (72-75ºC/15-20s) simultaneamente em trocador de calor de placas e em sistema de microondas, refrigerado (4±1ºC), envasado em embalagens plásticas de polietileno e armazenado em câmara refrigerada (4±1ºC). O leite cru foi analisado quanto a pH, acidez titulável, extrato seco total, gordura, nitrogênio total, nitrogênio solúvel em pH 4,6 e em TCA 24%, contagem de microorganismos mesófilos e psicrotróficos. O leite pasteurizado foi analisado quanto a fosfatase, peroxidase, pH, acidez titulável, extrato seco total, gordura, nitrogênio total, nitrogênio solúvel em pH 4,6 e em TCA 24%, coliformes a 30-35ºC e a 45ºC, Salmonella spp, contagem de microorganismos mesófilos e psicrotróficos. Durante o armazenamento refrigerado amostras dos leites pasteurizados foram avaliadas quanto a pH, acidez titulável, nitrogênio total, nitrogênio solúvel em pH 4,6 em TCA 24%, contagem de microorganismos mesófilos e psicrotróficos. O leite produzido no terceiro processamento foi analisado sensorialmente para determinação de diferença e de aceitação das amostras, nos dias 1, 5, 7, 9, 12 e 14 da vida de prateleira. No terceiro processamento também foi feita a determinação do diâmetro dos glóbulos de gordura dos leites. O final da vida de prateleira do leite pasteurizado foi estabelecido como sendo o primeiro dia em que as amostras apresentassem contagem total me microorganismos aeróbios mesófilos superior a 8 x 104 UFC/mL. A pasteurização por microondas mostrou-se eficaz, já que obteve contagens microbiológicas dentro dos padrões estabelecidos em legislação; e mostrou-se mais eficiente do que a pasteurização clássica, já que atingiu 14 dias de vida de prateleira contra 11 dias atingidos pelo leite pasteurizado em trocador de calor de placas. Não foram observadas diferenças significativas entre a pasteurização por microondas e em trocador de calor de placas quanto às características físico-químicas do leite. No entanto houve diferenças significativas entre as amostras de ambos os sistemas quanto à contagem de microorganismos mesófilos e psicrotróficos, a contagem média de microorganismos mesófilos no leite pasteurizado por microondas foi de 4,7 x 101 e de microorganismos psicrotróficos foi de 1,8 x 100 enquanto que esses valores para o leite para o leite pasteurizado em trocador de calor de placas foram respectivamente 2,7 x 102 e 5,4 x 100. As amostras diferiram significativamente no decorrer da vida de prateleira quanto ao pH, caseína (%PV) e quanto à aceitabilidade sensorial, sendo que as notas médias atribuídas pelos provadores para as amostras pasteurizadas por microondas foram superiores àquelas pasteurizadas em TCP. Observaram-se também diferenças significativas entre os diâmetros dos glóbulos de gordura obtidos nos diferentes processos, evidenciando-se que o processamento por microondas promoveu a homogeneização do leite, sem que tenha sido realizada esta etapa durante os processamentos / Abstract: Milk is one of most complete foods of the nature due to raised nutritional value, as wealth of proteins, fat and vitamins; for this same reason milk is an excellent substract for a large gamma of microorganisms. The pasteurization aims to eliminate the pathogenic microorganisms, and to reduce to the maximum the banal flore; however the current methods of heating cause nutricional and sensorial degradation since milk is expose to the overheated surfaces of thermal exchange. Pasteurized milk can benefit of improvements in the quality using the energy of microwaves as heating source. The objective of this work was to comparatively study the processes of pasteurization by microwaves and by classical method in the physicist-chemistries, microbiological and sensorial aspects. Three processes had been carried through being that in each processing milk was pasteurized (72-75ºC/15-20s) simultaneously in an plate heat exchanger and in a microwave system, then cooled (4±1ºC), packed in polyethylene plastic and stored in cooled chamber (4±1ºC). Raw milk were evaluated with respect to the pH, acidity, total dry extract, fat, total nitrogen, soluble nitrogen in pH 4,6 and in TCA 24%, counting of mesophiles and psychrotrophs microorganisms. Pasteurized milk were evaluated with respect to phosphatase, peroxidase, pH, acidity, total dry extract, fat, total nitrogen, soluble nitrogen in pH 4,6 and in TCA 24%, coliforms 30-35ºC and 45ºC, Salmonella spp, counting of mesophiles and psychrophs microorganisms. During the refrigerated storage samples of pasteurized milk were evaluated with respect to pH, acidity, total nitrogen, soluble nitrogen in pH 4,6 in TCA 24%, counting of mesophiles and psychrotrophs microorganisms. The milk produced in the third processes were sensorial analyzed for determination of difference and acceptance of the samples, in days 1, 5, 7, 9, 12 and 14 of the shelf life. In the third processes also was made the determination of the diameter of globules of fat of milk. The end of the shelf life of pasteurized milk was established as the first day in which the samples presented a total count of aerobic mesophilic microorganisms above 8 x 104 UFC/mL. The microwaves pasteurization revealed to be efficient, since it got microbiological counts established in legislation; and revealed to be more efficient then the classic pasteurization, since it reached 14 days of shelf life against 11 days reached by the milk pasteurized in the plate heat exchanger. Were not observed significant differences between the pasteurization by microwaves and in heat plate exchanger with respect to the physicist-chemistries characteristics of milk. However there were significant differences between the samples with respect to the counting of mesophiles and psycrotrophs microorganisms, the average counting of mesophiles microorganisms in the milk pasteurized by microwaves was of 4,7 x 101 and psycrotrophs microorganisms was of 1,8 x 100 while these values for the milk pasteurized in heat plate exchanger were respectively 2,7 x102 and 5,4 x 100. The samples were during the shelf life as respect with the pH, the casein (%PV) and the sensorial acceptability, being average notes attributed by the panel higher to the microwaved. Also were observed significant differences between the diameters of fat globules in the different treatments, showing that the microwave processing promoted the homogenization of milk / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

O principal objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo matemático de um pasteurizador a placas visando a determinação da distribuição de temperatura e de letalidade ao longo dos canais do trocador de calor em todas as suas seções, nas conexões tubulares e no tubo de retenção para a avaliação do decaimento logarítmico da concentração de um microorganismo alvo ou da atividade de uma enzima alvo em um processo de pasteurização contínua. A modelagem matemática foi composta pelo balanço diferencial de energia e letalidade nos canais do trocador, no tubo de retenção e nas suas conexões, levando em conta a perda de calor para o ambiente nos tubos. O modelo construído apresentou um conjunto de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem e sua resolução foi feita pelo método das diferenças finitas usando o software gPROMS. Um estudo de caso foi analisado e a modelagem descreveu de forma coerente o processo térmico e a letalidade e futuramente ela poderá ser utilizada para a otimização do processo de pasteurização em trocadores de calor a placas, visando a obtenção de produtos seguros e de alta qualidade. A verificação do processo de pasteurização que o modelo desenvolvido contempla foi realizada a partir da validação experimental utilizando um integrador tempo-temperatura e ensaios laboratoriais com indicador enzimático (fosfatase alcalina em tampão fosfato), que mostraram que o modelo desenvolvido se aproxima de maneira satisfatória dos resultados reais. / The main objective of this study was to develop a mathematical model in a plate pasteurizer in order to determine the temperature and lethality distribution along the channels of the heat exchanger in all its sections, in tubular connections and holding tube evaluating the logarithmic decay in concentration of a target microorganism or enzyme activity in a continuous pasteurization process. Mathematical modeling was composed of the differential energy balance and lethality in the channels of the exchanger, the holding tube and its connections, taking into account the heat loss to the environment in the tubes. The constructed model presented a set of ordinary differential equations of first order and its resolution was made by the finite difference method using the gPROMS software. A case study was analyzed and the modeling described the thermal and the lethality process very well and in the future it can be used to optimize the process of pasteurization in plate heat exchangers, aiming the achievement of safe and with high quality products. A verification of the pasteurization process that the model developed contemplates has been performed based on experimental validation using time-temperature integrator and testing with enzymatic indicator (alkaline phosphatase in phosphate buffer), which showed that the model developed satisfactorily approximates the actual results.

A pasteurização do leite é obrigatória no Brasil e o sistema lento (65ºC/30 minutos) é o mais empregado na fabricação de queijos. Os parâmetros de tempo e temperatura empregados no mundo foram definidos após estudos sobre a resistência térmica do Mycobacterium tuberculosis e da Coxiella burnetti, reconhecidos como os microrganismos patogênicos, não formadores de esporos e que eventualmente podem estar presentes no leite cru, que apresentam a maior resistência térmica. Entretanto, não há estudos sobre a resistência térmica do M. bovis que circula nos bovinos no Brasil. Este estudo propôs-se a avaliar a resistência térmica (65ºC) de cinco espoligotipos de M. bovis, isolados de bovinos abatidos no estado de São Paulo, em leite integral experimentalmente contaminado. Leite UHT foi contaminado com M. bovis e, então, submetido a tratamento térmico em banho-maria a 65ºC por 30 minutos. Cada espoligotipo foi testado 3 vezes. As amostras foram retiradas do banho nos tempos 0 (o momento em que o leite atingiu 65ºC), 5, 10, 15, 20, 25 e 30 correspondendo ao tempo, em minutos, de tratamento térmico. O leite contaminado também foi analisado, para quantificação da carga inicial. O controle do processo envolveu o acompanhamento da temperatura do leite (um tubo com termômetro) e análise das enzimas fosfatase alcalina e peroxidase ao final do tratamento; para tal, amostras de leite cru foram tratadas juntamente com as amostras-teste. Para quantificação, foi realizada a diluição decimal seriada seguida da semeadura em duplicata em meio Stonebrink-Leslie (37ºC/45dias). Os resultados mostraram que foi na fase de aquecimento que ocorreu a maior taxa de morte. Houve diferença de resistência entre os espoligotipos ao processo que simulou a pasteurização lenta e o BR024 foi o mais resistente. Conclui-se que houve diferença da eficácia da pasteurização, de acordo com o espoligotipo testado, mas que os resultados precisam ser melhor investigados. / Milk pasteurization is mandatory in Brazil and the Low Temperature Long Time - LTLT - Pasteurization (62 to 65°C/30 min.) is normally used for cheese making. Permitted parameters were based on the reports of Myconbacterium bovis/tuberculosis inactivation made up to that time. Since then, just a few studies have been done to determine if the M. bovis in circulation nowadays among bovine population still presents the same pattern of inactivation. In this way, this study verified the behavior of recently isolated M. bovis against LTLT Pasteurization parameters reproduced in water bath. M. bovis isolated from bovines slaughtered in São Paulo State, Brazil. When milk reached 65°C the 0 tube was removed and refrigerated while the others taken out after 5, 10, 15, 20, 25 and 30 minutes and cooled. For controlling heat treatment a thermometer was adapted to one tube with 5 ml each of raw milk which were submitted together to heat treatment and used for analysis of peroxidase and alkaline phosphatase enzymes after 30 minutes of heat treatment. Milk samples were submitted to serial decimal dilution in peptone water (0.1%) and inoculated in the Stonebrink-Leslie media. After 45 days at 37°C, colonies were counted and the result expressed in CFU/ml. The results showed that heating phase determined more inactivation than the holding phase. The resentence was different between the spoligotypes that simulated the low pasteurization and BR024 was more resentence. The results enable us to speculate that in the worst scenario of natural contamination of the milk.

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