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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.74.2019.tde-16122019-091632
Documento
Autor
Nome completo
Hubert Luzdemio Arteaga Miñano
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Pirassununga, 2019
Orientador
Banca examinadora
Costa, Ernane José Xavier (Presidente)
Brennecke, Käthery
Ditchfield, Cynthia
Petrus, Rodrigo Rodrigues
Roberto, Wanderley dos Santos
Souto, Sergio Paulo Amaral
Título em português
Efeito dos campos magnéticos pulsados no congelamento de alimentos: aprimoramento da técnica e sua aplicação em Mirtilo
Palavras-chave em português
Bioimpedância
Campos eletromagnéticos
Compostos bioativos
Cor
Relaxometria
Textura
Resumo em português
O uso de tecnologias emergentes é cada vez maior na conservação de alimentos, dentre elas os campos magnéticos tem o potencial de serem aplicados nas diferentes etapas do processamento. Nesse contexto o objetivo desta pesquisa foi desenvolver um equipamento gerador de campos magnéticos pulsados para testar sua aplicação no congelamento de alimentos, especificamente nas características físicas e químicas do mirtilo. O mirtilo é um fruto perecível com teores elevados em compostos bioativos como as antocianinas e polifenóis que precisam ser preservados. O equipamento desenvolvido foi um eletroímã portátil cuja densidade de campo pode-se regular de acordo com a entrada de tensão até 220 V e nas frequências de 0,5 Hz até 200 Hz. Também, foi desenvolvido um sistema eletrônico (Data Logger) para a coleta de dados em tempo real tanto dos campos magnéticos quanto das temperaturas. Com a ajuda deste sistema foi possível determinar a distribuição não uniforme nem homogênea dos campos magnéticos no espaço de ensaio, fixando os valores rms em 36,8 mT e 44,7 mT na densidade de fluxo magnético, e nas frequências de 30, 60 ,90 e 120 Hz durante a experimentação. Na caracterização dos campos magnéticos no espaço de ensaio se evidenciou que nas frequências superiores a 10 Hz acontece o fenômeno de magnetização do núcleo do eletroímã, que permite coexistir simultaneamente campos magnéticos estático (≥ 30 mT) e pulsado (acima do estático). Este comportamento dual foi responsável pelas mudanças nas características do congelamento de mirtilo (tempo e temperatura de nucleação, grau de sub-resfriamento, tempo de mudança de fase e temperatura final no congelamento) quando comparado ao congelamento convencional. A densidade de fluxo magnético de 44,7 mT e frequência de 90 Hz permitiu melhorar o processo de congelamento do mirtilo. Nessa condição foi obtido o maior grau de sub-resfriamento, e menor tempo de mudança de fase, características que provocam maior nucleação na mudança de fase da água, formando cristais de gelo com menor tamanho e mais uniformes. Tais fatos foram evidenciados na melhor preservação das membranas celulares o que foi confirmado com a técnica da impedância bioelétrica. Nesta condição também se evidenciou melhor preservação das antocianinas e dos compostos fenólicos com a consequente melhoria na atividade antioxidante. Isso não ocorreu para o caso dos açúcares (°Brix) e ácidos (acidez titulável) que se mantiveram constantes em todos os tratamentos. As enzimas polifenoloxidase e peroxidase tiveram a atividade reduzida nos tratamentos aplicados. Dos resultados encontrados se conclui que o congelamento assistido com campos magnéticos pulsados altera as características físicas e químicas do mirtilo. Com uma densidade de fluxo de 44,7 mT e 90 Hz, se obtém melhor preservação da estrutura do mirtilo e consequentemente a preservação das antocianinas e polifenóis. Fato que reforça a possibilidade de usar esta tecnologia para a conservação de compostos bioativos em frutos durante o congelamento.
Título em inglês
Effect of pulsed magnetic fields on food freezing: improvement of the technique and its application on Blueberry
Palavras-chave em inglês
Bioactive compounds
Bioimpedance
Color
Electromagnetic fields
Relaxometry
Texture
Resumo em inglês
The use of emerging technologies for food preservation is increasing, among them the magnetic fields have the potential to be applied in the different processing steps. In this context the objective of this research was to develop a pulsed magnetic field generator equipment to test its application in food freezing, specifically in the physical and chemical characteristics of blueberries. Blueberry is a perishable fruit with high concentration of bioactive compounds such as anthocyanins and polyphenols that need to be preserved. The equipment developed was a portable electromagnet whose field density can be adjusted according to voltage input up to 220 V and at frequencies from 0.5 Hz to 200 Hz. Also, an electronic system (Data Logger) was developed for collect the real-time data from both magnetic fields and temperatures. With the help of this system it was possible to determine the non-uniform or homogeneous distribution of magnetic fields in the test space by setting the rms values at 36.8 mT and 44.7 mT at magnetic flux density and at frequencies 30, 60, 90 and 120 Hz during the experiment. In the characterization of the magnetic fields in the test space, it was evident that at frequencies above 10 Hz there is the magnetization phenomenon of the electromagnet core, which allows the static (≥ 30 mT) and pulsed (above the static) magnetic fields to coexist simultaneously. This dual behavior was responsible for changes in the characteristics of blueberry freezing (time and temperature of nucleation, degree of supercooling, phase change time and final freezing temperature) when compared to conventional freezing. The magnetic flux density of 44.7 mT and 90 Hz frequency allowed to improve the blueberry freezing process. At this condition the highest degree of supercooling and shorter phase change time were obtained, characteristics that cause greater nucleation in the water phase change, forming smaller and more uniform ice crystals. These facts were evidenced in the better preservation of the cell membranes, which was confirmed by the bioelectrical impedance technique. This condition also showed better preservation of anthocyanins and phenolic compounds with a consequent improvement in antioxidant activity. This did not occur for sugars (° Brix) and acids (titratable acidity) which remained constant in all treatments. The polyphenol oxidase and peroxidase enzymes had reduced activity in the applied treatments. From the results it can be concluded that assisted freezing with pulsed magnetic fields alters the physical and chemical characteristics of blueberries. With a flow density of 44.7 mT and 90 Hz, better preservation of the blueberry structure is achieved and consequently the preservation of anthocyanins and polyphenols. This fact reinforces the possibility of using this technology for the preservation of bioactive compounds in fruits during freezing.
 
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Data de Publicação
2019-12-16
 
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