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Doctoral Thesis
Full name
Nanci Castanha da Silva
Knowledge Area
Date of Defense
Piracicaba, 2019
Augusto, Pedro Esteves Duarte (President)
Clerici, Maria Teresa Pedrosa Silva
Cunha, Rosiane Lopes da
Moraes, Izabel Cristina Freitas
Title in English
Emerging technologies to enhance starch performance: ozone, ultrasound and irradiation
Keywords in English
Emerging Technologies
Abstract in English
Starches are widely used in several industrial products and processes. Each application, however, requires different functionalities, which may be not presented by native starches from commercial sources. To work around this issue, two approaches can be used: (1) exploring non- modified starches, especially from unconventional sources and (2) exploring different starch modification techniques. In the present Thesis, both approaches were investigated, with the main objective of enhancing the performance of starches for different applications. In the first part of the Thesis, focused on the use of starches in their native form, besides the characterization of a unconventional botanical source of starch (arracacha root), the processing of starches under non-standard conditions was also explored. In relation to the arracacha starch, the obtained functional properties were very promising from an industrial point of view. Also, by changing the processing conditions, it was shown that it is possible to improve the performance of native starches without the need of modifying them. However, despite bringing a "natural" claim to processed foods, the use of native starches may still be limited for some applications. Therefore, in the second part of the Thesis, three different emerging technologies for starch modification were explored: ozone, ultrasound and irradiation. These techniques were selected because they have some advantages over those traditionally used in the industry, such as being more efficient, safer and/or more environmentally friendly. Among the technologies here explored, ozone proved to be a versatile and efficient technology at the evaluated conditions. Each ozonation condition, combined with different starch sources, resulted in distinct functional properties, boosting the possibilities of application for the analysed starches. On the other hand, the ultrasound technology only presented measurable effects when combined with the ozone technology, at the conditions here evaluated. Finally, considering the irradiation technology, it proved to be an efficient and highly penetrating process, resulting in different possibilities of application for the evaluated starches. In all cases, mechanistic discussions were performed in order to correlate the starch structure, its modification using different processes conditions, the obtained properties and possible applications. In conclusion, we highlight that the use of modification processes brings a broader range of applications for starches. However, the particularities and limitations of each modification process need to be considered before its selection.
Title in Portuguese
Uso de tecnologias emergentes para melhoria do desempenho de amidos: ozônio, ultrassom e irradiação
Keywords in Portuguese
Tecnologias emergentes
Abstract in Portuguese
Amidos são largamente utilizados em diversos produtos e processos industriais. Cada aplicação, porém, demanda diferentes funcionalidades, as quais muitas vezes não são apresentadas por amidos nativos de fontes comerciais. Para contornar esta questão, duas abordagens podem ser utilizadas: (1) explorar amidos não-modificados, especialmente de fontes não convencionais e (2) explorar diferentes técnicas de modificação de amidos. Na presente Tese, ambas as abordagens foram exploradas, com o objetivo principal de obter amidos com melhor desempenho para diferentes aplicações. Na primeira parte da Tese, focada no uso de amidos em sua forma nativa, além da caracterização de uma fonte botânica não convencional de amido (raiz de arracacha), explorou-se também o processamento de amidos sob condições não-padrão. Em relação ao amido de arracacha, as propriedades funcionais obtidas foram muito promissoras do ponto de vista industrial. Ainda, ao se alterar as condições de processamento, demonstrou-se que é possível melhorar o desempenho de amidos nativos, sem a necessidade de modificá-los. Porém, apesar de trazer um apelo "natural" para alimentos processados, o uso de amidos nativos ainda pode ser limitado para algumas aplicações. Portanto, na segunda parte da Tese, explorou-se três diferentes tecnologias emergentes para modificação de amido: ozônio, ultrassom e irradiação. Estas técnicas foram selecionadas por apresentarem algumas vantagens em relação às tradicionalmente empregadas na indústria, tais como: serem mais eficientes, mais seguras e/ou ambientalmente mais amigáveis. Dentre as tecnologias exploradas, o ozônio provou ser versátil e bastante eficiente nas condições avaliadas. Cada condição de ozonização utilizada, combinada com diferentes fontes de amido, resultou em propriedades funcionais distintas, aumentando as possibilidades de aplicação dos amidos avaliados. Por outro lado, a tecnologia de ultrassom só apresentou efeitos mensuráveis quando combinada com a tecnologia de ozônio, nas condições aqui avaliadas. Por fim, considerando a irradiação, a mesma provou ser um processo eficiente e altamente penetrante, resultando em propriedades com diferentes possibilidades de aplicação para os amidos. Em todos os casos, discussões mecanísticas foram realizadas de forma a correlacionar a estrutura dos amidos, sua modificação nas diferentes condições de processo, as propriedades obtidas e possíveis aplicações. Como conclusão, destacamos que o uso de técnicas de modificação traz uma gama maior de aplicações para diferentes fontes de amido. No entanto, as particularidades e limitações de cada processo de modificação precisam ser consideradas antes de sua seleção.
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