Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos

Inactivation of foodborne pathogenic bacteria by combined pulsed light and acids in culture media and chicken breast

2026-01-01T00:00:00Z

Inactivation of foodborne pathogenic bacteria by combined pulsed light and acids in culture media and chicken breast Massia, Ana Guimarães A segurança microbiológica de produtos avícolas constitui um desafio relevante para a indústria de alimentos, especialmente diante da crescente demanda por tecnologias não térmicas capazes de reduzir patógenos sem comprometer os atributos sensoriais e nutricionais. Neste contexto, a luz pulsada (LP) e o ácido peracético (PAA) destacam-se como intervenções promissoras devido à sua rápida ação antimicrobiana, à baixa formação de resíduos e ao potencial de integração em linhas de processamento. Esta tese avaliou a eficácia da LP e de ácidos aplicados isoladamente e em combinação na inativação de patógenos de importância para alimentos, incluindo Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7, Staphylococcus aureus e Salmonella Enteritidis, em superfícies de ágar e em peito de frango cru. Os experimentos foram conduzidos em duas matrizes experimentais. Em ágar nutritivo, os microrganismos foram expostos à LP, a soluções ácidas (PAA e HCl) e às suas combinações, com variações de fluência e número de pulsos. Foram avaliados as reduções populacionais imediatas, as respostas de recuperação celular e os índices de sinergismo (S). Em peito de frango inoculado com S. Typhimurium e L. monocytogenes, investigaram-se as reduções imediatas e as cinéticas de crescimento durante o armazenamento refrigerado a 7 °C, com modelagem matemática dos parâmetros de fase de latência, velocidade específica máxima de crescimento e densidade populacional final. A qualidade visual foi analisada por meio dos parâmetros instrumentais L*, a*, b* e ?E. Em ágar, a combinação LP + PAA apresentou maior eficácia antimicrobiana, com efeito sinérgico pronunciado para bactérias Gram-negativas, enquanto Gram-positivas não exibiram sinergismo significativo. A modelagem das curvas de crescimento indicou redução da taxa máxima e da densidade populacional final, o que evidencia comprometimento da recuperação celular. Em peito de frango, o tratamento combinado promoveu as maiores reduções imediatas e retardou significativamente o crescimento microbiano durante o armazenamento. A LP combinada com HCl apresentou efeito inferior, evidenciando o papel essencial da ação oxidativa do PAA. As análises de cor indicaram ausência de alterações relevantes nos parâmetros instrumentais, mantendo a aceitabilidade visual do produto. Conclui-se que a combinação de LP e PAA representa uma estratégia não térmica eficaz para o controle microbiológico em produtos avícolas, promovendo maior segurança sem comprometer a qualidade do alimento e apresentando potencial para aplicação industrial.; Abstract: industry, particularly amid the increasing demand for non-thermal technologies that can reduce pathogen loads without compromising product quality. Pulsed light (PL) and acid-based interventions, especially peracetic acid (PAA), have emerged as promising alternatives due to their rapid action, minimal residue formation, and potential synergistic effects when combined. Understanding how different bacterial species respond to these hurdles is essential for designing effective and tailored decontamination strategies. The objective of this thesis was to evaluate, comprehensively and comparatively, the efficacy of PL and acid treatments?applied individually and in combination?for inactivating major foodborne pathogens on agar media and chicken breast surfaces, while also assessing bacterial repair and growth responses and the impact of treatments on product color. The results demonstrated that the combination of PL with PAA consistently achieved the highest antimicrobial effectiveness across matrices, outperforming PL or acid applied alone. PL fluence and the mode of energy delivery significantly influenced bacterial inactivation, particularly under combined treatments. PAA proved more effective than HCl and represents a feasible alternative for industrial substitution. Clear differences between Gram-negative and Gram-positive bacteria were observed: Gramnegative species exhibited strong synergistic responses (S = 1.7?2.0), whereas Gram-positive species showed no synergism (S = 0.7?0.8) on the agar surface. Post-treatment analyses indicated that none of the pathogens resumed activity within 6 h at room temperature, and growth kinetics showed reduced growth rates and maximum population densities, especially under PL + PAA treatment. Studies on agar confirmed a pronounced synergistic effect for S. Typhimurium (S index up to 6.8), driven more by PL energy delivery than by the pH of the acid solution. In chicken breast, PL + PAA achieved the greatest reductions and suppressed regrowth during refrigerated storage (7 ºC). Color evaluations showed no significant changes in L*, a*, or b* values, and although ?E exceeded perceptibility thresholds, differences remained acceptable and did not compromise product quality. Overall, PL combined with PAA is a highly effective, non-thermal, and industrially viable approach for enhancing poultry safety. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2026.

Síntese enzimática de poli(w-pentadecalactona-co-globalide) em dióxido de carbono supercrítico

2024-01-01T00:00:00Z

Síntese enzimática de poli(w-pentadecalactona-co-globalide) em dióxido de carbono supercrítico Santos, Roseny Dinah Os poliésteres usados como dispositivos biomédicos são comumente sintetizados a partir de lactonas em solventes orgânicos e catalisadores organometálicos. O uso de dióxido de carbono supercrítico e de catalisadores enzimáticos são estratégias mais adequadas para a síntese desses materiais, por não poluírem o meio ambiente, serem mais seguros para a saúde, e permitirem a circularidade de recursos, como o reuso da enzima e do dióxido de carbono. Recentemente, o copolímero poli(globalide-co-?-pentadecalactona) tem demonstrado potencial na regeneração de tecido ósseo. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo investigar a síntese enzimática de poli(?-pentadecalactona-co-globalide) em dióxido de carbono supercrítico. As copolimerizações foram realizadas em um reator de alta pressão e volume variável, onde variadas proporções entre os comonômeros ?-pentadecalactona:globalide, diferentes razões mássicas CO2:monômeros, o uso de cossolvente e o uso de diferentes tipos de enzimas (Novozym® 435 e Lipura® Flex) foram avaliados. Os copolímeros com os maiores Mn (27902 g·mol-1) foram sintetizados na condição 1:1 (CO2:monômeros), usando apenas scCO2 como solvente, apresentando altos rendimentos (até 78,71%) e elevadas conversões de monômeros (acima de 97%). A maior massa molar obtida com o uso de cossolvente (Mn de 24380 g·mol-1) foi na condição 1:2:1 (CO2:monômeros:clorofórmio), evidenciando o efeito combinado do cossolvente e de uma concentração mais alta de monômeros. Além disso, as reações com o uso de cossolvente apresentaram altos rendimentos (até 79,61%) e altas conversões (maioria 100%). As dispersividades mais elevadas com o uso de cossolvente (Ð até 7,51) em relação à ausência de cossolvente (Ð até 5,36) sugerem o favorecimento da formação de cadeias mais curtas e de oligômeros cíclicos em meios mais diluídos. A Lipura® Flex produziu copolímeros com alta massa molar (Mn até 21605 g·mol-1), em altos rendimentos (até 73%) e altas conversões (82% a 96%). Entretanto, a Novozym® 435 apresentou melhores resultados que a Lipura® Flex. A cinética da síntese enzimática de poli(?-pentadecalactona-co-globalide) em dióxido de carbono supercrítico foi investigada para ambas as enzimas em 10, 15, 30, 60 e 120 minutos de reação. As copolimerizações apresentaram características típicas da polimerização por abertura do anel de lactonas, como reações rápidas de baixo controle, alcançando 93% de conversão com 10 minutos de reação para a Novozym® 435, e 70% de conversão para o mesmo tempo de reação com a Lipura® Flex. A cinética da copolimerização, usando tanto a Novozym® 435 quanto Lipura® Flex, apresentaram não linearidade no desenvolvimento da massa molar, do rendimento, da conversão de monômeros (exceto o comportamento quase linear da conversão com a Lipura® Flex) e da dispersividade com o tempo de reação. Essas variações podem estar relacionadas ao efeito simultâneo do baixo controle da reação, de uma possível agitação ineficiente e dos ensaios individuais para cada ponto cinético. Apesar disso, foi possível compreender o comportamento dessa rota sintética. De modo geral, os resultados obtidos neste trabalho mostraram o potencial dessa abordagem para a expansão dos poliésteres desenvolvidos pela química verde no mercado.; Abstract: Polyesters used as biomedical devices are commonly synthesized from lactones in organic solvents with organometallic catalysts. The combination of supercritical carbon dioxide and enzymatic catalysts is a more appropriate strategy for the synthesis of these materials, as they are less harmful to the environment, are safer for health, and allow the circularity of resources, such as the reuse of enzymes and carbon dioxide. Recently, the copolymer poly(globalide-co-?-pentadecalactone) has shown potential in bone tissue regeneration. In this context, this work aims to investigate the enzymatic synthesis of poly(?-pentadecalactone-co-globalide) in supercritical carbon dioxide. The copolymerizations were performed in a high-pressure, variable-volume reactor, where different proportions between the pentadecalactone:globalide comonomers, different CO2:monomer mass ratios, the use of a cosolvent and the use of different types of enzymes (Novozym® 435 and Lipura® Flex) were evaluated. The copolymers with the highest Mn (27,902 g·mol-1) were synthesized in the 1:1 condition (CO2:monomers), using only scCO2 as a solvent, achieving high reaction yields (up to 78.71 wt%) and monomer conversions (above 97%). The highest molar mass obtained with the use of a cosolvent (Mn of 24,380 g·mol-1) was in the 1:2:1 condition (CO2:monomers:chloroform), evidencing the combined effect of the cosolvent and a higher concentration of monomers. Furthermore, the reactions using a cosolvent achieved high reaction yields (up to 79.61 wt%) and conversions (mostly 100%). Higher dispersity was achieved with the use of a cosolvent (Ð up to 7.51) compared to reactions conducted without it (Ð up to 5.36) for the same enzyme (Novozym® 435), suggesting that more dilute media favor the formation of shorter chains and cyclic oligomers. Lipura® Flex produced copolymers with high molar mass (Mn up to 21,605 g·mol-1), reaction yields (up to 73 wt%) and conversions (from 82% to 96%). However, Novozym® 435 showed better results than Lipura® Flex. The kinetics of the enzymatic synthesis of poly(?-pentadecalactone-co-globalide) in supercritical carbon dioxide was investigated for both enzymes in 10, 15, 30, 60, and 120 minutes of reaction. The copolymerizations exhibited typical characteristics of the ring-opening polymerization of lactones, such as fast reactions with low control, reaching 93% conversion in 10 minutes of reaction with Novozym® 435, and 70% conversion for the same reaction time with Lipura® Flex. The copolymerization kinetics of both Novozym® 435 and Lipura® Flex showed nonlinearity in the development of the molar mass, reaction yield, monomer conversion (except for an almost linear behavior of the monomer conversion obtained with Lipura® Flex) and dispersity with reaction time. These variations may be related to the simultaneous effect of low reaction control, a possible inefficient stirring and the individual assays for each kinetic point. Despite this, it was possible to comprehend the behavior of this synthetic pathway. Overall, the findings of this work demonstrated the potential of this technique for the expansion of green chemistry-derived polyesters in the market. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2024.

Anthocyanin recovery from black rice bran using alternative technologies and improving stability through enzymatic acylation

2024-01-01T00:00:00Z

Anthocyanin recovery from black rice bran using alternative technologies and improving stability through enzymatic acylation Leonarski, Eduardo Durante todo o ciclo de vida dos alimentos, algumas partes dos produtos podem ser desperdiçadas, gerando resíduos ou subprodutos. Cerca de 20% da casca, 10% do farelo e 14% do arroz quebrado são produzidos durante o processamento do arroz negro (ou arroz preto). Moléculas de valor agregado podem ser obtidas de subprodutos alimentares do arroz negro, principalmente as antocianinas. Relatos desses compostos com efeitos antiobesidade, antidiabéticos, antimicrobianos, anticancerígenos, neuroprotetores e em doenças cardiovasculares foram apresentados. A extração de antocianinas pode ser uma alternativa viável para o reaproveitamento do material gerado durante o beneficiamento do arroz negro, principalmente utilizando técnicas alternativas, como extração por líquido pressurizado (PLE), extração assistida por ultrassom (UAE) e extração assistida por micro-ondas (MAE). No entanto, esses compostos são susceptíveis a condições notáveis de processamento de luz, temperatura e oxigênio. A acilação (esterificação de um ácido orgânico ao glicosídeo da molécula de antocianina) pode ser uma abordagem para melhorar a estabilização desses compostos. A acilação enzimática tem alta regiosseletividade e reações moderadas, sendo considerado o método preferido para a produção de derivados flavonoides acilados. Dessa forma, este trabalho propõe investigar a recuperação de antocianinas de farelo de arroz negro usando tecnologias emergentes (PLE, UAE e MAE) e posterior acilação enzimática de antocianinas recuperadas para melhorar a estabilidade desses compostos. Foram realizadas análises de termoestabilidade, citoxicidade e medidas da sustentabilidade através das métricas verdes: Certificado Verde e EscalaEco. Além disso, para os compostos purificados e acilados, foi realizada a análise de transporte epitelial utilizando cocultura Caco2:HT29-MTX. Todos os métodos alternativos de extração quando otimizados apresentaram recuperação de antocianinas superior a 80%, não tendo diferença significativa entre si (p<0.05). Entretanto, o extrato obtido por UAE foi o que apresentou maior quantidade de cianidina-3-glicosídeo (C3G), identificado por HPLC. Nenhum dos extratos apresentou citoxicidade (500 µg/mL) para as células L929 e todos apresentaram efeito citoprotetor quando submetido ao estresse oxidativo com H2O2. Todas as técnicas foram consideradas ecologicamente verdes pelo Certificado Verde (A) e métodos excelentes pela EcoScale (pontuações maiores que 75), destacando-se o extrato obtido por UAE. Para a acilação enzimática, foi considerado o método por UAE para dar continuidade ao trabalho devido ao seu maior teor de C3G e melhores resultados obtidos pelo Certificado Verde e EcoScale. Foi possível obter cerca de 53% da formação do produto acilado com ácido octanóico (C3G-C8), ao utilizar acetonitrila:DMSO (10:1), temperatura de 60 °C e 15 g/L de enzima lipase CalB. Além disso, foi observado que o composto acilado apresentou maior termoestabilidade que o purificado (C3G), sendo verificado pelos maiores valores de tempo de meia-vida para os pHs 3, 5 e 7. Ambos compostos não apresentaram citoxicidade e apresentaram cerca de 1,2% de transporte epitelial em cocultura com Caco2:HT29-MTX, não diferenciando entre si (p<0.05). Portanto, o extrato do farelo do arroz negro tem grande potencial para aplicação como ingrediente em alimentos funcionais, suplementos ou formulações farmacológicas. A acilação enzimática de antocianinas demonstrou-se uma técnica promissora para aumento da sua termoestabilidade e lipoficilidade, permitindo a aplicação em produtos de matrizes lipídicas.; Abstract: Some parts of the products may be wasted throughout the food life cycle, generating residues or by-products. Approximately 20% of the husk, 10% of the bran, and 14% of the broken rice are produced during the processing of black rice. Value-added molecules can be obtained from black rice food by-products, mainly anthocyanins. Reports of these compounds with anti-obesity, anti-diabetic, antimicrobial, anti-cancer, neuroprotective, and cardiovascular disease effects have been presented. Anthocyanin extraction may be a viable alternative for the reuse of the material generated during the processing of black rice, mainly using alternative techniques, such as pressurized liquid extraction (PLE), ultrasound-assisted extraction (UAE), and microwave-assisted extraction (MAE). However, these compounds are susceptible to notable light, temperature, and oxygen processing conditions. Acylation (esterification of an organic acid to the glycoside of the anthocyanin molecule) may be an approach to improve the stabilization of these compounds. Enzymatic acylation has high regioselectivity and moderate reactions and is the preferred method for producing acylated flavonoid derivatives. Therefore, this project proposes to investigate the recovery of anthocyanins from black rice bran using emerging technologies (PLE, UAE, and MAE) and subsequent enzymatic acylation of recovered anthocyanins to improve the stability of these compounds. Thermostability, cytotoxicity, and sustainability measures were analyzed through Green Certificate and EscalaEco green metrics. In addition, epithelial transport analysis was performed using Caco2:HT29-MTX coculture for the purified and acylated compounds. All emerging extraction methods, when optimized, showed anthocyanin recovery greater than 80%, with no significant difference between them (p<0.05). However, the extract obtained by UAE presented the highest amount of cyanidin-3-glucoside (C3G) identified by HPLC. None of the extracts presented cytotoxicity (500 µg/mL) for L929 cells, and all presented cytoprotective effects when subjected to oxidative stress with H2O2. All techniques were considered ecologically green by the Green Certificate (A) and excellent methods by EcoScale (scores higher than 75), highlighting the extract obtained by UAE. The UAE method was considered to continue the work with enzymatic acylation due to its higher C3G content and better results obtained by the Green Certificate and EcoScale. It was possible to obtain approximately 53% of the formation of the product acylated with octanoic acid (C3G-C8) when using acetonitrile:DMSO (10:1), temperature of 60 °C and 15 g/L of lipase enzyme CalB. Furthermore, it was observed that the acylated compound presented greater thermostability than the purified one (C3G), as verified by the higher half-life values for pHs 3, 5, and 7. Both compounds did not present cytotoxicity and presented approximately 1.2% epithelial transport in coculture with Caco2:HT29-MTX, not differentiating between them (p<0.05). Therefore, black rice bran extract has great potential for application in functional foods, supplements, or pharmacological formulations. The enzymatic acylation of anthocyanins proved a promising technique for increasing their thermostability and lipophilicity, allowing the application in lipid matrix products. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2024.

Aqueous extraction as an innovative approach to recover macauba pulp oil and the characterization of its by-products in a circular economy concept

2025-01-01T00:00:00Z

Aqueous extraction as an innovative approach to recover macauba pulp oil and the characterization of its by-products in a circular economy concept Sorita, Guilherme Dallarmi A demanda global por biocombustíveis tem aumentado nos últimos anos, criando desafios ambientais e econômicos. Nesse contexto, a macaúba surge como uma alternativa sustentável ao óleo de palma, oferecendo altos rendimentos de óleo e subprodutos valiosos. Métodos convencionais de extração, como prensagem e solventes, são ineficientes e prejudiciais ao meio ambiente, destacando a necessidade de alternativas mais sustentáveis. A extração aquosa, com (AEE) ou sem auxílio de enzimas (AEP), representa uma abordagem mais sustentável para obtenção de óleos e compostos bioativos, e ao mesmo tempo reduzindo os impactos ambientais. Este estudo visa desenvolver um processo sustentável de extração aquosa para o óleo de polpa de macaúba, compará-lo com métodos convencionais, otimizar os parâmetros do processo e escaloná-lo. Inicialmente foram testados cinco pools enzimáticos em escala laboratorial, com as pectinases (Olimax 101) e a celulase (Cellic® CTec3 HS) demonstrando eficiências de 88,6% e 72,2%, respectivamente. Os óleos extraídos apresentaram baixa acidez, altos níveis de ácidos graxos insaturados, como ácido oleico e linoleico, e compostos bioativos, como carotenoides, indicando alta qualidade. Os parâmetros do processo AEP/AEE foram otimizados, incluindo concentração enzimática (0,5% m/m), agitação (350 rpm), temperatura (50 °C) e tempo de extração (2 horas). Esses parâmetros foram aplicados na extração em escala piloto, alcançando uma eficiência de extração do óleo da polpa de 73%, consistente com os resultados de escala laboratorial. Posteriormente, foram realizados testes em escala industrial como uma nova abordagem para recuperar o óleo de polpa de macaúba. Os testes industriais mostraram eficiências de processo excepcionais de 72,1% (AEP) e 91,3% (AEE), superando as eficiências dos métodos convencionais. Finalmente, os subprodutos das extrações em escala piloto e industrial foram caracterizados e comparados. A fração sólida apresentou alto teor de fibra com excelentes propriedades funcionais e capacidades significativas de retenção de água e óleo. A fração líquida revelou-se uma rica fonte de compostos fenólicos com atividade antioxidante e oligossacarídeos. Em conclusão, a extração aquosa do óleo de polpa de macaúba demonstrou ser eficaz e sustentável, com os testes industriais confirmando sua viabilidade em larga escala. A valorização dos subprodutos da AEP/AEE destaca a versatilidade da macaúba, promovendo uma economia circular e práticas de biorrefinaria ao transformar resíduos em recursos valiosos e incentivar o uso sustentável dos recursos naturais. Este estudo contribui para a sustentabilidade na extração de óleo de macaúba e na utilização de seus subprodutos.; Abstract: Global demand for biofuels has increased, causing environmental and economic challenges. In this context, macauba emerges as a sustainable palm oil alternative, offering high oil yields and valuable by-products. Conventional extraction methods like pressing and solvents are inefficient and environmentally harmful, highlighting the need for sustainable alternatives. Aqueous extraction, with (AEE) or without enzyme assistance (AEP), offers a more sustainable approach for extracting oils and bioactive compounds, reducing environmental impacts. In this scenario, the main proposals of this study are to develop a sustainable aqueous extraction process for macauba pulp oil, compare it to conventional methods, optimize process parameters, and scale-up AEP/AEE. Five enzyme pools were tested on a lab scale, with pectinases (Olimax 101) and cellulase (Cellic® CTec3) showing efficiencies of 88.6% and 72.2%, respectively. The extracted oils presented low acidity, high levels of unsaturated fatty acids like oleic and linoleic, and bioactive compounds like carotenoids, indicating good quality. Then, AEP/AEE process parameters, including enzyme concentration (0.5% w/w), agitation (350 rpm), temperature (50 °C), and extraction time (2 hours), were optimized. The most promising enzymes and process parameters were applied in pilot-scale extraction, achieving an oil efficiency of 73% and oil quality consistent with results from lab-scale trials. Subsequently, the initial industrial-scale experiments were conducted as a novel industrial approach to recovering macauba pulp oil. The industrial trials showed outstanding process efficiencies of 72.10% (AEP) and 91.33% (AEE), surpassing the process efficiencies of conventional methods. Finally, the byproducts from both pilot and industrial-scale extractions were characterized and compared. The solid fraction exhibited high fiber content with excellent functional properties and significant water and oil retention capacities. The liquid fraction proved to be a rich source of phenolic compounds with antioxidant activity and oligosaccharides. In conclusion, aqueous extraction of macauba pulp oil proved effective and sustainable, with industrial tests confirming its large-scale viability. The valorization of by-products underscores macauba versatility, promoting a circular economy and biorefinery practices by converting waste into valuable resources and encouraging sustainable use of natural resources. This study enhances sustainability in macauba oil extraction and the utilization of its by-products. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2025.