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Tese de Livre Docencia
DOI
10.11606/T.3.2013.tde-18022013-101521
Documento
Autor
Nome completo
Jorge Andrey Wilhelms Gut
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2012
Banca examinadora
Tadini, Carmen Cecília (Presidente)
Cunha, Rosiane Lopes da
Meirelles, Antonio José de Almeida
Silva, Maria Aparecida
Thoméo, João Claudio
Título em português
Modelagem matemática e validação experimental da pasteurização de alimentos líquidos em trocadores de calor a placas.
Palavras-chave em português
Alimentos líquidos
Modelagem matemática
Pasteurização
Processo térmico
Trocador de calor
Resumo em português
O processamento térmico de alimentos líquidos tem por objetivo inativar micro-organismos ou enzimas que comprometam a segurança ou a vida de prateleira do produto. O dimensionamento tradicional deste processo adota métodos simplificados com ampla margem de segurança, o que pode prejudicar atributos sensoriais ou nutricionais do produto. Pretende-se neste trabalho desenvolver e validar um modelo matemático de natureza fenomenológica para simular um processo contínuo de pasteurização HTST (alta temperatura curto tempo) em trocadores de calor a placas visando determinar o histórico de temperatura do produto ao longo do processo, sobre o qual é avaliada a letalidade ou efeito letal. O modelo é baseado na determinação das temperaturas médias do produto em diversos pontos e nos tempos de residência médios de cada etapa. Um equipamento de escala laboratorial foi usado para aplicação e validação do modelo. Ensaios foram realizados para determinar a distribuição do tempo de residência (DTR) nos tubos de retenção em diferentes vazões e no trocador de calor a placas com diferentes arranjos de passes, assim como para determinar a distribuição de temperatura nas condições nominais de operação. O estudo da DTR permitiu diagnosticar o escoamento no equipamento e obter os tempos médios de residência. Foi necessário o desenvolvimento de uma metodologia para eliminar a distorção do sinal provocada pelo sistema de detecção do traçador, já que o volume interno do equipamento era pequeno. Indicadores enzimáticos foram desenvolvidos e testados para uso como integradores de tempo-temperatura na avaliação de processos HTST. A atividade residual após o processamento do indicador baseado em fosfatase alcalina em tampão fosfato foi determinada experimentalmente e comparada com a predição do modelo para diferentes temperaturas de processo com resultados satisfatórios. A distribuição de temperatura prevista pelo modelo teve excelentes resultados com desvios inferiores a 2 °C. O modelo desenvolvido tem bom potencial para uso no dimensionamento, avaliação e otimização de processos contínuos de pasteurização.
Título em inglês
Mathematical modeling and experimental validation of the pasteurization of liquid foods in plate heat exchangers.
Palavras-chave em inglês
Continuous process
Heat exchanger
Liquid foods
Mathematical modeling
Pasteurization
Resumo em inglês
The thermal processing of liquid foods aims the inactivation of micro-organisms or enzymes that compromise the safety or shelf life of the product. The traditional design adopts simplified methods that provide a wide safety margin, which can impair sensory or nutritional attributes of the product. The aim of this work was to develop and validate a phenomenological mathematical model to simulate the continuous HTST (high temperature short time) pasteurization in plate heat exchangers in order to determine the temperature history of the product throughout the process, over which the lethality or lethal effect is evaluated. The model is based on the determination of the average temperature of the product at various points and the average residence time of each step. A laboratory-scale equipment was used for application and validation of the model. Experiments were performed to determine residence time distribution (RTD) of the holding tubes at different flow rates and of the plate heat exchanger with different pass arrangements, as well as to determine the temperature distribution for the nominal operating conditions. The study of RTD enabled the diagnosis of the flow in the equipment and provided the average residence times. It was necessary to develop a method to eliminate the signal distortion caused by the detection system of the tracer, since the internal volume of the equipment was small. Enzymatic indicators were developed and tested for use as time-temperature integrators for HTST process assessment. The residual activity after processing the indicator based on alkaline phosphatase in phosphate buffer was experimentally determined and compared with the model prediction for different processing temperatures with satisfactory results. The temperature distribution predicted by the model had excellent results with errors below 2 °C. The model has good potential for use in the design, evaluation and optimization of continuous processes of pasteurization.
 
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Tese_LD_JORGE_GUT.pdf (2.64 Mbytes)
Data de Publicação
2013-02-18
 
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