Tese de Doutorado

O efeito da pasteurização assistida por micro-ondas sobre o suco de laranja (OJ) e do processamento assistido por ultravioleta (UV) em diferentes comprimentos de onda sobre a água de coco foi avaliado e conduzido em quatro etapas: pasteurização do suco de laranja em escala piloto, modelagem e simulação deste processo, viabilidade da luz UV para inativação enzimática em solução tampão e processamento da água de coco pela luz UV. Na primeira e segunda etapas, OJ foi pasteurizado em quatro temperaturas de processo (70, 80, 90 e 100) °C com tempos de retenção variando de (2 a 34) s, utilizando dois sistemas de aquecimento (convencional e micro-ondas) e, consequente caracterização dos parâmetros de qualidade do suco. Os históricos de temperatura foram determinados pelo método de diferenças finitas e coeficientes globais de troca térmica ajustados, possibilitando a avaliação da inativação da enzima pectinametilesterase (PME) ao longo do processo. De forma geral, concluiu-se que o aquecimento assistido por micro-ondas focalizadas é um processo com potencial para a pasteurização do suco de laranja, já que pode ser tão eficiente quanto o aquecimento convencional na inativação da PME, com menor impacto no teor de ácido ascórbico e na cor do suco. Na terceira etapa, soluções enzimáticas em tampão fosfato de potássio foram tratadas por uma lâmpada excimer (EL) emitindo a 222 nm, lâmpada de mercúrio de baixa pressão (LPM) a 253,7 nm, quatro LEDs UV separados emitindo a (255, 265, 275 e 285) nm, e lâmpada de luz pulsada (PL), que emite apenas na região do UV-C com picos de emissão em (232, 242, 261 e 272) nm. Três modelos cinéticos foram testados para descrever a cinética de inativação. Observou-se que o tratamento pela lâmpada EL resultou em maior eficiência da inativação das enzimas polifenoloxidase (PPO) e peroxidase (POD) sendo necessária fluência média de 52,8 e 74,8 mJ/cm2, respectivamente, para reduzir em 90 % a atividade enzimática inicial. O modelo de primeira ordem com duas frações melhor descreveu a inativação da PPO e POD pela luz UV-C. Também foi estudada, em ensaios preliminares, a eficácia da lâmpada LPM e da luz UV-A 365 nm para inativação da PME em tampão citrato. Os resultados mostraram que a luz UV-A não foi eficaz para inativação da PME. Na quarta e última etapa, água de coco verde foi submetida ao processamento assistido por UV em diferentes comprimentos de onda. Os parâmetros de qualidade e a vida útil de prateleira foram avaliados para as amostras processadas e não processadas. Nas fluências necessárias para atingir 90 % da inativação enzimática, houve mudança significativa (p<0,05) nas características físico-química e nutricionais da água de coco. O processamento por UV estendeu em 12 dias a vida de prateleira da água de coco.

The aim of this work was to study the effect of microwave-assisted pasteurization on orange juice and the ultraviolet (UV) assisted processing at multiple wavelengths on coconut water, which was accomplished in four steps: orange juice pasteurization in a pilot-scale unit, modeling and simulation of this process, the feasibility of UV light to enzymatic inactivation in buffer solution and UV processing of coconut water. In the first and second steps, fresh orange juice was subjected to continuous flow pasteurization in a pilot-scale unit at four processing temperatures (70, 80, 90 and 100) °C, holding times from (2 to 34) s and using two heating systems (conventional and microwave), followed by physicochemical characterization of fresh and processed juice. Temperature profiles were determined by the finite difference method and adjusted overall heat transfer coefficient, enabling the evaluation of pectin methylesterase inactivation throughout the processing. The results indicate that focused microwave heating is a process with potential for the pasteurization of orange juice and can be as efficient as conventional heating with less impact on ascorbic acid retention and the color of the juice. In the third step, potassium phosphate enzymatic solutions were treated with an excimer lamp (EL) emitting at 222 nm, a low-pressure mercury (LPM) lamp at 253.7 nm, four UV-LEDs sources emitting at 255, 265, 275 and 285 nm, and a novel pulsed UV-C lamp (PL) emitting at 232, 242, 261 and 272 nm. Three kinetic models were used to describe enzymatic inactivation by UV. It was shown that EL treatment resulted in the highest inactivation efficacy of polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POD) enzymes with average fluence of 52.8 and 74.8 mJ/cm2, respectively, to reduce in 90 % the initial enzymatic activity. The two-component first-order model best described the inactivation of PPO and POD by UV in a buffer solution. On preliminary runs, it was also studied the efficacy of the LPM lamp and UV-A light at 365 nm to inactivate PME in citrate buffer. The results showed that UV-A light was not effective for PME inactivation. In the fourth and last step, green coconut water was subjected to UV-assisted processing at different wavelengths. Quality parameters and shelf-life were evaluated for processed and unprocessed samples. At the fluences level required to achieve 90 % enzymatic inactivation, there was a significant change (p<0.05) in the physicochemical and nutritional characteristics of the coconut water. UV processing extended the shelf-life of coconut water by 12 days.