Study of thermal liquefying crystallized honey under stirring

Orientador: Flávio Luis SchmidtDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: O mel pode ser definido como uma solução concentrada de açúcares. Possui enzimas,ácidos orgânicos e outros compostos. O aquecimento do mel é usualmente utilizado para descristalizar e facilitar o processamento. Atualmente na indústria o mel é aquecido por convecção forçada de ar e pode demorar de 4 a 7 dias, onerando o processamento. O emprego de altas temperaturas no mel pode alterar muitas de suas propriedades, como diminuição da enzima diastase e aumento do hidroximetilfurfural (HMF), importantes indicadores de qualidade. O objetivo do trabalho foi estudar o processo de descristalização do mel frente ao tratamento térmico em banho de água sob agitação,visando desenvolver métodos mais eficientes para a descristalização do produto. A partir dos dados da história térmica do mel, os parâmetros cinéticos de transferência de calor e os impactos do aquecimento nas propriedades do mel foram verificados. Foram utilizados três tipos de méis para avaliação de suas propriedades sob influência do aquecimento e determinação das cinéticas de reação. Avaliaram-se as alterações no pH, acidez, índice de formol e cor, além da atividade diastásica e conteúdo de HMF formados nas temperaturas de 50, 70 e 90ºC. Para os estudos de descristalização foram realizados 12 ensaios utilizando-se mel de eucalipto, safra 2010, aquecido nas temperaturas de 58, 75 e 95ºC e velocidades de rotação 0, 20, 30 e 40 rpm. O aquecimento a 50 e 70ºC não produziu importantes alterações na sua composição inicial, entretanto a 90ºC as alterações começaram a se evidenciar. Os resultados obtidos demonstraram que a formação de HMF e a destruição da diastase puderam ser descritos pelo modelo cinético de primeira ordem com Ea (energia de ativação) de 19,5 kcal/mol, z (índice térmico) de 27,7ºC e Q10 (quociente de velocidade) de 2,3; para a formação do HMF e Ea de 31,4 kcal/mol, z de 17,8ºC e Q10 de 4,3 para a degradação da diastase, sendo notada a maior dependência desta com a temperatura. Foram encontrados menores valores de fh (parâmetro do efeito da temperatura) com o aumento da agitação das embalagens e também com o aumento da temperatura empregada, sendo possível a partir da cinética das reações, estimarem as concentrações finais de HMF e diastase. O ensaio com melhores resultados para a descristalização do mel foi a 75ºC e 20 rpm onde o mel apresentou-se totalmente descristalizado e sem perdas significativas da qualidade. O fh encontrado para este ensaio foi de 16 min e coeficiente de transferência de calor 54,2 W/m2.ºC. Foi possível concluir que o uso de tratamento térmico em banho sob agitação para descristalização do mel melhora as propriedades de transferência de calor reduzindo o tempo total de processo, mantém as características de qualidade do mel em níveis aceitáveis, podendo ser empregado para otimização, rapidez de fluxo, eficiência da descristalização e aumento da produtividade nas indústriasAbstract: Honey can be defined as a concentrated solution of sugars, containing many organic acids, pigments and other compounds. Heating of honey is usually utilized to dissolve the sugar crystals, making a more acceptable product. Nowadays, at big industries, honey is heated by forced air convection, which takes 4 to 7 days. This process is quite onerous,becoming a problem on honey processing. High temperatures can change many properties of honey, like decrease in diastase activity and increase in hydroxymetylfurfural (HMF) contents, important indicators of honey¿s quality. The aim of the present work was to study the liquefying crystallized honey process using thermal treatment in water bath under stirring, in order to develop more efficient methods of doing it. The work intended to verify, based on data from the thermal history of honey, the kinetic parameters of heat transfer and the consequences of heating on honey properties. To evaluate these consequences and to determine the reaction kinetics, three kinds of honey were used. The parameters: pH, acidity, formaldehyde contents and color, besides diastase activity and HMF contents were evaluated at 50, 70 and 90oC. To study liquefying crystallized honey process only eucalyptu's honey, crop 2010, was used. It was submitted to 12 essays, using temperatures of 58, 75 and 95oC, and stirring speed of 0, 20, 30 and 40 rpm. At 50 and 70ºC the changes observed in honey properties were not important, becoming significant at 90ºC. The results obtained demonstrated that production of HMF and degradation of diastase could be described by the kinetic model of first order with Ea of 19,52 kcal/mol, z of 27,7oC and Q10 of 2,32 for HMF production and Ea de 31,4 kcal/mol, z de 17,8ºC e Q10 de 4,27 for diastase. It was noted that diastase had the great temperature dependency. Increase in temperature and stirring speed of honey container, leds to decrease in fh (parameter of temperature effect) values. The reaction kinetics provided, in addition to kinetic parameters, estimated values of final concentrations of HMF and diastase. The essay with best results for liquefy crystallized honey was that of 75oC and 20rpm, in which honey was fully liquefied with no significant loss of quality. In this essay a fh value of 16 min and a heat transfer coefficient of 54,2 W/m2.OC were found. It was possible to conclude that use of heating treatment in water bath under stirring for liquefying crystallized honey improve the heat transfer properties, reducing total processing time,keep quality characteristics of honey at acceptable levels and, therefore, can be employed at the honey processor industries for optimization, flow quickness, efficiency in liquefying crystallized honey and increase in productivityMestradoTecnologia de AlimentosMestre em Tecnologia de Alimento

Characterization of cocoa beans and cocoa butter properties as a function of Brazilian region and management method (organic and conventional)

Orientador: Priscilla EfraimTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: O Brasil é o sexto maior produtor mundial de cacau e o quarto maior produtor e consumidor de chocolate. A ampla faixa de cultivo do cacau no país propicia características distintas às amêndoas que afetam os atributos sensoriais, a qualidade e a estabilidade do chocolate. A manteiga de cacau (MC) é o principal ingrediente do chocolate e sua composição depende, entre outros fatores, das características genéticas dos cacaueiros, do manejo agrícola e das condições climáticas da região produtora. Diante da importância do entendimento desses fatores, principalmente devido ao interesse econômico associado a essa matéria prima, e frente à falta de informação referente à composição química, física e rendimento das amêndoas de diferentes origens, o objetivo do projeto foi caracterizar amêndoas de cacau fermentadas e secas provenientes de seis estados brasileiros (Bahia - BA, Pará - PA, Rondônia - RO, Espírito Santo - ES, Amazonas - AM e Mato Grosso - MT) assim como a MC obtida e avaliar o comportamento de cristalização da gordura, considerando o método de manejo (orgânico - O e convencional - C) utilizado na lavoura. Além disso, foram produzidos chocolates amargos a partir das diferentes amostras e avaliada a aceitabilidade sensorial e a intenção de compra dos produtos. Diferenças nas características físicas e químicas das amêndoas foram encontradas entre as amostras dos diferentes estados. Entre as de mesma origem do PA e RO, as oriundas do sistema orgânico apresentaram altos rendimentos em massa média por amêndoa sendo consideradas competitivas e compatíveis ao mercado, apresentando ainda mais altos teores de polifenóis totais, compostos estes associados a diversos benefícios à saúde. Fatores intrínsecos e extrínsecos das diferentes amostras influenciaram na composição e no comportamento de cristalização das MC. Diferenças na consistência, dureza, comportamento de cristalização avaliado por diferentes técnicas, reologia e microscopia foram observadas, podendo-se classificar três grupos distintos segundo a dureza/maciez. No primeiro grupo as MC da BA foram aquelas que apresentaram mais acentuada maciez, no segundo grupo com propriedades intermediárias as MC do ES e o terceiro grupo as MC mais duras (AM, MT, PA e RO) e com características similares a MC asiática e africana - consideradas de boa qualidade e com propriedades tecnológicas mais satisfatórias. A avaliação sensorial de chocolates elaborados a partir das amêndoas de origens distintas mostrou diferenças significativas para todos os atributos sensoriais avaliados. Os chocolates MTC e BAO foram os mais aprovados pelos consumidores, enquanto a amostra ESC foi a menos aceita. Os chocolates do MT receberam a maior percentagem de intenção de compra, demonstrando serem os preferidos pelos consumidores, em conjunto com as amostras orgânicas da BA. Nenhuma conclusão foi obtida a respeito da influência do manejo agrícola nas características e propriedades de cristalização da manteiga nem tampouco evidências no padrão de preferência e intenção de compra entre os chocolates orgânicos ou convencionais. Os resultados permitiram diferenciar as amostras de acordo com suas características físicas e físico-químicas, bem como mostrar o uso potencial das amêndoas e MC de diferentes origens e avaliar melhor os efeitos decorrentes da agricultura orgânicaAbstract: Brazil is the sixth cocoa grower in the world as well as the fourth chocolate manufacturer and consumer. In Brazil, the wide range of cocoa farming brings about diverse features to the cocoa beans affecting the sensory attributes, quality and stability of chocolate. Cocoa butter (CB) is the most important ingredient of chocolate and represents the biggest share in the continuous phase of this product. The accurate composition of CB depends, among other factors, on the genetic characteristics of the cocoa tree, on its either organic or conventional handling and on the weather conditions of the farming region. Considering the importance of understanding these factors, mainly due to the economic interests associated with this raw material, and the lack of information concerning the chemical composition and physical performance of cocoa beans from different origins, the objective of this project was to characterize the fermented and dried cocoa beans from six Brazilian states (Bahia - BA, Pará - PA, Rondônia - RO, Espírito Santo - ES, Amazonas - AM and Mato Grosso - MT) as well as the CB obtained and evaluate the fat crystallization behavior, considering the management method (organic - O and conventional - C) used in the Brazilian field. Moreover, dark chocolates from different cocoas were produced and the sensory acceptability and purchase intention were evaluated. Significant differences in the physical and chemical characteristics of cocoa beans between all samples were found. Considering the same origin (specifically from PA and RO), those from the organic system showed high mass/beans yields, being considered competitive and compatible to the market. Moreover, they presented the highest levels of total poliphenols, compounds that have been associated with several health benefits. The intrinsic and extrinsic factors of different samples influenced the composition profiles and the CB crystallization behavior. Differences in consistency, hardness, crystallization behavior assessed by different techniques, rheology and microscopy were observed, and three distinct groups can be classified with characteristics justified by hardness/softness. In the first group Bahia¿s CB were those that showed more pronounced softness, in the second group with intermediate properties we found Espírito Santo¿s CB and in third group the hardest butters (AM, MT, PA and RO), that showed similar characteristics to Asian and African¿s CB - consisted of CB with good quality and better technological properties. The sensory evaluation of chocolates made from different cocoa beans sources, showed significant differences for all evaluated sensory attributes. The MTC and BAO chocolates were approved by most consumers, while ESC sample was the less accepted. The MT chocolates received the highest percentage of purchase intent, proving to be preferred by consumers together with the organic samples from BA. No conclusion was obtained regarding the influence of agricultural management on the characteristics and butter crystallization properties nor evidence in the pattern of preference and purchase intent among organic or conventional chocolates. The results differentiate samples according to their physical and physicochemical characteristics, as well as showing the potential use of cocoa beans and CB from different origns and better assess the effects of organic farmingDoutoradoTecnologia de AlimentosDoutora em Tecnologia de AlimentosCAPE