Orientadores: Marcelo Cristianini, Pedro Esteves Duarte Augusto

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de laranja, sendo que a maior parte desta produção é destinada a fabricação do suco concentrado congelado (Frozen concentrated Orange Juice - FCOJ). Devido ao seu grande volume de exportação e sua alta consistência (viscosidade aparente), o conhecimento de...

Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de laranja, sendo que a maior parte desta produção é destinada a fabricação do suco concentrado congelado (Frozen concentrated Orange Juice - FCOJ). Devido ao seu grande volume de exportação e sua alta consistência (viscosidade aparente), o conhecimento de suas propriedades reológicas se torna necessária para um melhor dimensionamento de equipamentos e processos. Na homogeneização a alta pressão (HAP), uma tecnologia de processamento não térmica, o produto é pressurizado e forçado a passar por um pequeno orifício aumentando drasticamente sua velocidade, fazendo a pressão diminuir para a atmosférica, causando forte cisalhamento e cavitação. Estes fenômenos causam alteração na estrutura de células e biopolímeros, impactando no tamanho das partículas e na maneira como se interagem, alterando assim, as características reológicas do produto. O presente trabalho se baseou na utilização desta tecnologia em FCOJ visando diminuição da sua consistência, e alteração de demais comportamentos reológicos, para gerar uma economia de energia em diversas operações unitárias como bombeamento, congelamento, transporte e estocagem. Reduções mesmo que pequenas na consistência possibilitam grande economia de energia devido aos grandes volumes de suco processado no Brasil. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da alta pressão de homogeneização (HAP) no comportamento reológico em estado estacionário (independente e dependente do tempo). Foram avaliados também, a energia de ativação de Arrhenius, comportamento reológico dinâmico (viscoelasticidade), distribuição de tamanho de partículas, microestrutura e cor do suco concentrado, bem como a estabilidade à sedimentação, turbidez e cor do produto reconstituído. Também foi verificada a influência do numero de ciclos de homogeneização nos comportamentos reológicos (estado estacionário) e tamanho de partícula do suco de laranja concentrado. A consistência do FCOJ foi reduzida com o aumento de pressão no processamento de HAP. Para processos a 150 MPa a viscosidade aparente reduziu para cerca de metade do valor original, a tixotropia e viscoelasticidade também tiveram suas magnitudes reduzidas. A energia de ativação de Arrhenius teve seu valor aumentado com a utilização de HAP, indicando que pequenas variações de temperatura acarretam em variações significativas nos valores de consistência. O tamanho de partículas foi reduzido, bem como no perfil de distribuição das mesmas. Houve um aumento na proporção total de partículas pequenas em relação às partículas maiores. Estas mudanças foram possíveis de perceber pela microestrutura observada com microscópio óptico. As cores dos produtos concentrado ou diluído não apresentaram alterações devido à pressão. A HAP não praticamente não reduziu a viscosidade do suco diludo (RTD). Nenhum dos parâmetros estudados apresentou mudanças devido ao tempo de estocagem. O comportamento da sedimentação de polpa também não sofreu alterações com a HAP. Os múltiplos ciclos de HAP a baixas pressões apresentaram ser uma alternativa ao ciclo único com pressão elevada

Abstract: Brazil is the world's largest orange producer, most of the production being intended for the manufacture of frozen concentrated orange juice (FCOJ). Due to the large export volume and high consistency (apparent viscosity) of FCOJ, knowledge of its rheological properties becomes necessary...

Abstract: Brazil is the world's largest orange producer, most of the production being intended for the manufacture of frozen concentrated orange juice (FCOJ). Due to the large export volume and high consistency (apparent viscosity) of FCOJ, knowledge of its rheological properties becomes necessary for a better design of the equipments and processes. In high-pressure homogenization (HAP), a non-thermal processing technology, the product is pressurized and forced through a small gap that dramatically increases its speed, followed by a sudden drop to atmospheric pressure, causing high shear stress and cavitation. These phenomena are able to change the structure of cells and biopolymers, impacting on the particle size and the way they interact, thus changing the rheological characteristics. In the present study this technology was used aiming at decreasing the consistency and other rheological properties. Even small reductions in viscosity can result in great energy savings in various unit operations, such as pumping, given the large volume of juice processed in Brazil. The objective of this work was to evaluate the influence of high pressure homogenization on the rheological steady-state behaviour (time independent and time dependent properties), Arhenius activation energy, dynamic rheological behaviour (viscoelasticity), particle size distribution, microstructure and colour of FCOJ, as well as the pulp sedimentation stability of the reconstituted product, the turbidity and colour were also evaluated. The influence of the number of HPH cycles, on rheological behaviour (steady-state) e on particle size distribution of FCOJ was also verified. HPH decreased the consistency of FCOJ as the pressure increased from 0 to 150MPa. At 150MPa the apparent viscosity was decreased to approximately half its original value. The thixotropy and viscoelasticity of the concentrated juice were also reduced during HPH, and the value of the Arhenius activation energy had its value increased, indicating that a minor change in temperature produces a significant change in consistency. The particle size was reduced, and the particle distribution changed, showing a higher ratio of small particles over larger ones. These changes could be observed from the microstructure. The FCOJ or diluted product showed no difference in colour, neither due to affect by the homogenization nor for the storage time. HPH slighty decreased the viscosity of the RTD-juice. None of the above mentioned parameters changed during the storage time. The pulp sedimentation behaviour was not affected by HPH. Multiple HPH cycles at lower pressures are an alternative to a single HPH at higher pressure