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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2022.tde-10022023-123801
Document
Author
Full name
Caroline Ceribeli
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Cardoso, Daniel Rodrigues (President)
Ahrné, Lilia Maria
Carrilho, Emanuel
Nogueira, Ana Rita de Araujo
Olsen, Karsten
Title in Portuguese
Quantificação de vitamina B12: avaliação do impacto das tecnologias não-térmicas (HP, PEF e UV-C) e tecnologias térmicas no processamento em leite
Keywords in Portuguese
cinética da B12
HP
leite
PEF
processamento de leite
processamento não-térmico
UV-C
vitamina B12
Abstract in Portuguese
Até o ano de 2050, estima-se que a proporção da população mundial com mais de 60 anos quase dobre de 12% para 22%. O envelhecimento induz doenças nos idosos, tais como a deficiência de vitamina B12, considerada um problema de saúde pública. O leite é considerado uma das principais fontes desta vitamina, contendo 0,54 µg de B12 / 100 g de leite, contribuindo para o fornecimento de grande parte da dose diária recomendada (2,4 µg de B12) para uma boa saúde. No entanto, os tratamentos térmicos como pasteurização e ultra alta temperatura (UHT) amplamente empregados pelas indústrias alimentícias têm sido descritos por comprometerem os níveis de B12. Por outro lado, tecnologias não térmicas como alta pressão (HP), campo elétrico pulsado (PEF) e luz ultravioleta (UV-C) têm sido estudadas e apontadas como tratamentos suaves e de baixo impacto sobre as características químicas dos constituintes do leite. Tais efeitos foram relatados do ponto de vista da gordura, proteínas e outros componentes, mas nenhuma informação sobre o impacto dessas tecnologias sobre a B12 foi relatada para os processamentos de HP e PEF. Ademais, o impacto do calor tem sido mencionado na literatura, mas até onde sabemos, não foram feitos estudos sobre a cinética da degradação térmica da B12, considerando os efeitos de temperaturas elevadas. Assim, a presente tese objetivou investigar esses aspectos. No caso das tecnologias não térmicas, HP e PEF não impactaram os níveis de B12, sendo considerado HP a 600 MPa a condição mais promissora para tratar o leite mantendo os níveis de B12 e proporcionando um produto seguro quanto aos aspectos de inativação microbiana. Nos demais casos (HP a 400 e 500 MPa e PEF 12 µs), embora a concentração da vitamina não tenha sido afetada, obteve-se uma contagem microbiana mais pronunciada. No caso do processamento com luz UV-C, os níveis de B12 mostraram uma tendência a diminuir de acordo com a dose mais intensa aplicada nas amostras, em que 18 mJ / cm2 levou a uma redução de 10% da concentração de B12 em relação ao controle. No entanto, não foi observada inativação microbiana nas amostras tratadas com luz UV-C. Do ponto de vista dos estudos cinéticos, a degradação térmica da B12 foi confirmada para temperaturas na faixa de 100 a 140o C. A energia de ativação de 130 ± 5 kJ / mol foi obtida, e a entalpia e entropia de ativação foram de 126 ± 5 kJ / mol e 19 ± 14 J / mol.K, respectivamente, demonstrando que a degradação térmica desta vitamina é um processo dependente da temperatura, na qual a molécula sofre a formação de produtos não bioativos. Os estudos demonstraram a importância de se considerar tecnologias não térmicas para o tratamento do leite e a necessidade de melhor conhecimento sobre a extensão dos tratamentos térmicos na degradação da B12. Ambos os estudos podem contribuir para que haja alternativas de processamento e/ou condições de tratamento do leite, mantendo os níveis de B12 no produto, o que é essencial para suprir as necessidades desta vitamina requeridas para uma boa condição de saúde, principalmente na população idosa.
Title in English
Quantification of vitamin B12: evaluation of the impact of nonthermal (HP, PEF and UV-C) and thermal technologies of processing in milk
Keywords in English
HP
kinetics of B12
milk
milk processing
nonthermal processing
PEF
UV-C
vitamin B12
Abstract in English
The proportion of the world's population over 60 years is estimated to almost double from 12% to 22% by 2050. Ageing induces diseases in the elderly, such as vitamin B12 deficiency, which is considered a public health issue. Milk is considered one of the main sources of this vitamin, containing 0.54 µg of B12 / 100 g of milk, contributing to the supply of a great part of the recommended daily dose (2.4 µg of B12) for good health. However, thermal treatments such as pasteurization and ultra high temperature (UHT) widely applied by food industries have been claimed to compromise B12 levels. On the other hand, nonthermal technologies such as high pressure (HP), pulsed electric field (PEF) and ultraviolet light (UV-C) have been studied and pointed out as mild treatments with low impact on the chemical characteristics of milk constituents. Such effects have been reported from the point of view of fat, proteins and other components, but no information has been reported on the impact of these technologies on B12 for HP and PEF processing. Furthermore, the impact of heat has been mentioned in the literature, but to the best of our knowledge, no studies have been done on the kinetics of thermal degradation of B12, considering the effects of high temperatures. So, the present thesis aimed to investigate these aspects. In the case of the nonthermal technologies, HP and PEF did not impact B12 levels, being considered HP at 600 MPa the most promising condition to treat milk keeping B12 levels and providing a safe product regarding microbial inactivation aspects. In the other cases (HP at 400 and 500 MPa and PEF 12 µs), although vitamin concentration was not affected, a more pronounced microbial count was obtained. In the case of UV-C light processing, B12 levels showed a tendency to diminish according to the most intense dose applied in the samples, in which the 18 mJ / cm2 led to a reduction of 10% of B12 concentration compared to the control. However, no microbial inactivation was observed in the samples treated with UV-C light. From the point of view of the kinetic studies, the thermal degradation of B12 was confirmed for temperatures in the range of 100 to 140 oC. The activation energy of 130 ± 5 kJ / mol was obtained, and the activation enthalpy and entropy were 126 ± 5 kJ / mol and 19 ± 14 J / mol.K, respectively, demonstrating that the thermal degradation of this vitamin is a process dependent on the temperature, in which the molecule undergoes the formation of non-bioactive products. The studies demonstrated the importance of considering nonthermal technologies to treat milk and the need for better knowledge about the extension of thermal treatments on B12 degradation. Both studies can contribute to having alternative processing and/or conditions to treat milk, maintaining B12 levels in the product, which is essential to supply the requirements of this vitamin for a good health condition, mainly in the elderly population.
 
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Publishing Date
2023-02-10
 
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